第3章通信用光器件(編輯修改稿)
2024-08-16 11:20 本頁面
【文章內容簡介】 )， 由此得到 脈沖響應時間 τ=τr=τf= () 對于幅度一定 ， 頻率為 ω=2πf 的正弦調制信號 ， 用光生電流 I(ω)下降 3dB的頻率定義為 截止頻率 fc。 當光電二極管具有單一時間常數 τ0時 ， r0cπ21?? ??f（ ） PIN光電二極管 響應時間 或 頻率特性 主要由光生載流子在耗盡層的 渡越時間 τd和包括光電二極管在內的檢測電路 RC常數所 確定 。 當調制頻率 ω與渡越時間 τd的倒數可以相比時 ， 耗盡層 (I層 )對量子效率 η(ω)的貢獻可以表示為 wvf sdc ???（ ） 式中 ， 渡越時間 τd=w/vs， w為耗盡層寬度 ， vs為載流子渡越速度 ， 比例于電場強度 。 可以看出 ， 減小 耗盡層寬度 w， 可以 減小 渡越時間 τd， 從而 提高 截止頻率 fc， 但是同時要 降低 量子效率 η。 ? ? ? ? ? ?2 2s i n0dd??????? ?由 得到由渡越時間 限制的截止頻率 ? ? ? ? 210 ????d?10 1001000 100001000 600200 100 60 40 20 106 4 200. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 91. 0? 163。 189。 1. 06 ? mS i P I N0.950.900.850.800.6328180。 248。 191。 237。 / M H z196。218。193。191。211。208。167。194。202。186。 196。 190。 161。 199。 248。 191。 237。 182。 200。 / ? m400圖 內量子效率和帶寬的關系 由電路 RC時間常數限制的 截止頻率 式中 ， Rt為光電二極管的串聯(lián)電阻和負載電阻的總和 ， Cd為結電容 Cj和管殼分布電容的總和 。 式中， ε為 材料介電常數 ， A為 結面積 ， w為 耗盡層 寬度。 dtc 21CRf ??() wAC ??j() (三 ) 噪聲 噪聲 影響光接收機的 靈敏度 。 噪聲 包括 散粒噪聲 (Shot Noise)(由信號電流和暗電流產生 ) 熱噪聲 (由負載電阻和后繼放大器輸入電阻產生 ) （ 1 ） 均方散粒噪聲電流 〈 i2sh〉 =2e(Ip+Id)B () e為電子電荷， B為放大器帶寬， Ip和 Id分別為信號電流和暗電流。 2eIpB 稱為 量子噪聲 (由于入射光子和所形成的電子 空穴對都具有離散性和隨機性而產生 )， 有光信號輸入就有量子噪聲 ，決定光接收機靈敏度的極限 。 2eIdB是 暗電流 產生的噪聲 。 暗電流 是器件在反 偏壓 條件下 ，沒有入射光時產生的 反向直流 電流 。 （ 1） 均方熱噪聲電流 式中 ， k= 1023J/K為 波爾茲曼常數 ， T為等效噪聲溫度 ，R為等效電阻 ， 是負載電阻和放大器輸入電阻并聯(lián)的結果 。 因此 ， 光電二極管的 總均方噪聲電流 為 〈 i2〉 =2e(Ip+Id)B+ RkTB4 () RkTB4() 〈 i2T〉 = 三 、 雪崩光電二極管 (APD Avalanche Photodiode Diodes ) APD就是根據這種特性設計的器件 。 根據 光電效應 ， 當光入射到 PN結時 ， 光子被吸收而產生 電子 空穴對 。
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