【正文】 過剩噪聲系數(shù) F（ G） ——空穴對數(shù)， g是隨機變量又稱為隨機增益， g的統(tǒng)計平均值 g等于平均雪崩增益G， g=G， G的平方 g2 = F（ G） G – 平均雪崩增益 Ke—— 空穴／電子碰撞游離概率比 Ke ? ? ? ??????????????? ???? 2111GGKGGFe第 105 頁 X ?過剩噪聲指數(shù) X 將上式 F（ G）簡化， 常采用近似公式： ﹙ g2﹚ ≈G2+x≈〈 g〉 2+X GX或者 〈 g〉 X也可稱為過剩噪聲系數(shù) APD的制作工藝和使用的材料 x： Si — APD x在 ~ Ge — APD ~ InGaAsP— APD ~ 第 106 頁 X 不同材料制作的 APD 和 PIN的性能 檢測器 暗電流 (n A) 量子效率 過剩噪聲指數(shù) X 上升時間 Si – APD 幾個 n A ( ) 60%左右 ~ （ G=100時 ） 約 300PS Ge – APD 1800n A( ) 70%左右 ~（ G=10時 ） 約 500PS 1nGaAsAPD 50nA( ) 45%左右 ~（ G=10 ） 100~1000PS Ge – PIN 300n A （ 10V偏壓 ） 80%左右 — 約 500PS 1nGaAs – PIN 幾個 n A（ 5V偏壓 ） 70%左右 —— 約 100PS 。 影 響接收機性能好壞的重要參數(shù)信噪比 ，其噪聲源（ 1）光電檢測（ 2）前置放大器 ?平均雪崩增益（倍增因子 G） 電流增益系數(shù) G= IG—— 倍增后的總輸出電流的平均值 IP ——初始的光生電流 R —— APD的內(nèi)阻 I—— APD的輸出電流 VB —— APD的擊穿電壓 n —— 某一指數(shù)（常數(shù)） 與 APD的材料、摻雜分布和工作波長等因素有關(guān)，一般為 3~6 nBVIRV )(11??PGIIG ??結(jié)電容 影響光電檢測器響應(yīng)時間的第三個因素是光電二極管和它的負載電路的時間常數(shù)RC，其中， C包含二極管 PN結(jié)的結(jié)電容 Cd A——結(jié)區(qū)面積 ε ——介電常數(shù) w——耗盡區(qū)厚度 wACd??第 103 頁 X ?過剩噪聲系數(shù) F（ G） 指一次電子 —— 空穴對和二次電子一空穴對的隨機性造成的附加噪聲（入射在光電檢波器光敏面上的光子產(chǎn)生一次電子一空穴對的隨機性，指每個一次電子一空穴對產(chǎn)生二次電子一空穴對數(shù)是不能準確測定的）。 （ 3 ） 光電二極管及其負載電路的時間常數(shù) RC R L A （ a ）光電二極管接收電路 R S C d R L R 0 C 0 A （ b ）等效電路 wACd??第 100 頁 X ?暗電流 Id 表示無光照射時出現(xiàn)的反向電流。 – 光電響應(yīng)時間，由以下三個因素： （ 1） 耗盡區(qū)內(nèi)光生載流子的漂移時間 電場較低， V與 E成正比，當 ES=106V/m，速度達到極限值，不再變化，要使載流子能以極限漂移速度渡越耗盡區(qū)，必須使反向偏壓達到VESW 第 98 頁 X （ 2） 耗盡區(qū)以外即擴散區(qū)以內(nèi)，載流子的擴散時間 擴散運動速度比漂移運動的速度慢得多，未產(chǎn)生光生電流 零電場下擴散區(qū)表面產(chǎn)生的電子一空穴對 （ a）復(fù)合 光電效率低 （ b）被電路吸收 先擴散到耗盡區(qū)，這部分載流子作擴散運動的附加時延會使光電檢測器輸出的電脈沖的下降沿的拖尾加長，影響了光電二極管的響應(yīng)速度。 = 是表征光電轉(zhuǎn)換效率高低的一個物理量 )/(0 WApIRop? 入射光功率光生功率光生電流 e – 電子電荷 h – 普朗克常數(shù) f – 光頻 吸收系數(shù) w – 耗盡區(qū)的寬度 r – 光纖入射端面的反射系數(shù)（越小越好） )1)(1( rePhfeI Wop ??? ? ?)1)(1( re W ??? ? ????量子效率（ ） 定義 ——檢測器中產(chǎn)生的電子一空穴對數(shù)與入射的光子數(shù)之比 量子效率與響應(yīng)度的關(guān)系為： RO= 光電轉(zhuǎn)換效率高。 第 93 頁 X APD工作原理 雪崩光電二極管在 結(jié)構(gòu) 設(shè)計上已考慮能 承受高反向偏壓 ，在 PN結(jié)內(nèi)部形成一個高電場區(qū)，光生的電子 ——空穴對經(jīng)過高電場區(qū)時被 加速而獲得足夠的能量，它們在高速運動中與晶體上的原子碰撞，使晶體中的原子電離，從而產(chǎn)生新的電子 ——空穴對，這樣多次碰撞電離的結(jié)果，使載流子迅速增加，反向電流迅速加大，形成 雪崩倍增效應(yīng) ， APD就是利用雪崩倍增效應(yīng)使光電流得到倍增的高靈敏度的檢測器。耗盡區(qū)加長，反向偏壓不能加很高，使載流子的漂移時間長 —— 響應(yīng)速度慢 2。 耗盡區(qū) (有源區(qū) )：漂移運動，快 → 極值，電場大； 擴散區(qū)： 擴散運動，慢， 電場為零； m?第 91 頁 X 快的響應(yīng)速度和高的效率 m? 避免光生電子一空穴對在零電場區(qū)里產(chǎn)生 減小零電場 P區(qū)和 n區(qū)厚度，增加耗盡區(qū)厚度 摻雜很輕的 n層稱作本征 I層，在 I層的兩端做成重摻雜的 P層和 n層（窄、?。?PIN比 PD具有更高的光生電流效率和更高的響應(yīng)速度。 Ge和 InGaAs光電二極管的波長的響應(yīng)范圍 ~ ， 適用于長波長波段。 在吸收光子過程中，入射光功率按指數(shù)規(guī)律衰減 ——深入 PN結(jié) x距離后的光功率 ——吸收系數(shù)， 不同的半導體材料，其吸收系數(shù)不一樣，波長越短，吸收系數(shù)越大。 外加反向電場 自建電場 P 光生空穴 光生電子 光子 + + 導帶 + N 禁帶Eg + 價帶 擴散區(qū) 耗盡區(qū) 擴散區(qū) 吸收區(qū) （ a） PN結(jié)的光電效應(yīng) （ b ） 場強 擴 耗 擴 吸收區(qū) P N 結(jié)的光電效應(yīng) P N 第 84 頁 X 當 PN結(jié)上加有反向偏壓時，反向漏電流很小，當有光束入射到 PN結(jié)上并且光子能量 hf大于半導體材料的禁帶寬度，那么價帶上的電子可以吸收一個光子而躍遷到導帶上，結(jié)果產(chǎn)生電子一空穴對，也就是發(fā)生 受激吸收 過程。 半導體材料也能產(chǎn)生光電效應(yīng) 。 4． 2 光電檢測器件 問題： ? 光電材料和半導體材料發(fā)生光電效應(yīng)的區(qū)別之處 ? PD、 PIN、 PAD的工作原理 ? 光電二極管截止波長 ， 只要 λλ C， 入射光的波長是否越短越好 ？ 或者說為什么光電二極管對光波長的響應(yīng)有一定的范圍 ？ EgEghcc???第 80 頁 X 4． 2． 1光電效應(yīng) 真空光電管中的光電效應(yīng) ： 陰極感光層涂敷，當能量為 hf的光子照射其陰極，感光材料中的電子吸收光