短距离光传输技术3-1.pdf

短距离光传输技术 陈 雄 斌 中国科学院半导体研究所 主要内容介绍 • 短距离光传输与光互连技术及相关标准 （6学时） • 光通信常用光源结构及工作原理 （8学时） • 各种光电探测器件及微弱光信号检测技术 （6学时） • 光束的调制与解调技术 （6学时） • 短距离光传输与光互连的主要应用 （8学时） • 光通信系统设计 （6学时） 2014/10/11 2 三、各种光电探测器件及微弱光 信号检测技术 作业： 1、一个GaAsPIN光电二极管平均每三个入射光子， 产生一个电子-空穴对。假设所有的电子都被收集。 (1)计算该器件的量子效率； (2)当在0.8um波段接收功率是10-7W ，计算平均输出 光电流； (3)计算这个光电二极管的长波长截止点λc 。 2、已测得某数字光接收机的灵敏度Pr=10uW,求灵敏 度对应的dBm值。 2014/10/11 3 §3.1光检测器 光检测器又称光探测器或光检波器，按其作用原理分 为热探测器和光子探测器两大类。前者将光子能量转变 成热量使器件温度升高，从而可根据温度的变化探测光 能的大小。后者将光子能量转变成电能，如构成回路， 器件两端将产生电压，回路中将有电流流过，根据电流( 压)的大小就可探测到入射光能的大小。 热探测量对入射光波长无选择性，能在很宽的波长范 围内对光波作均匀的响应。显然光纤通信应选用有波长 选择性的半导体光子探测器，一是半导体的体积小，二 是对光纤三个低损耗窗口有很好的响应。半导体光子探 测器中最重要的一类是半导体光伏探测器，其核心就是 PN结。半导体光电导探测器这里不作介绍。因为光纤通 信中采用的是半导体光伏探测器。 2014/10/11 4 1、工作原理 光电二极管是一种光伏型器件，依靠内部的电场把光辐射激发产生的电子- 空穴对分开。它有加偏置电压和不加偏置电压的两种运用方式。加偏置电压的称 光电二极管，不加偏置电压的常称为光伏探测器。 Ⅰ．光伏效应 光伏效应通常利用简单的PN结实现。图3-1是热平衡PN结的能带结构。由于 空穴从P区向N区扩散和N区电子向P区扩散，结果P区积累了负电荷而N区积累了 正电荷，在PN结的结区产生内建电场，其方向由N区指向P区，引起电子和空穴的 漂移电流。热平衡时，扩散和漂移相平衡，在结区形成势垒。 2014/10/11 5 图3-1 2014/10/11 6 当光辐射照射时，在P区、N区和结区都能产生光生载流子，在结区 内建电场的作用下，电子一空穴对分开，电子向N区扩散，空穴进入P区， 其物理过程见图3-2。入射光子在P区某处，例如图中的A处，被吸收并产 生空穴和自由电子。 图3-2 2014/10/11 7 如果A处离结区的距离在电子的扩散长度内，电子会有较大的概率扩散 到结区的边界。并在内建电场的作用下漂移穿过势垒区而进入N区，而空穴 则受到势垒的阻挡不能进入势垒区，假若光子在N区一侧被吸收，如图3-2中 的C点，则产生的空穴会扩散到结