光纤及其应用精.pptx

第三章第三章 光源和光电检测器光源和光电检测器 在在光光纤纤通通信信技技术术领领域域中中所所用用的的光光源源只只有有微微型型半半导导体体光光源源发发光光二二极极管管(LED)和和激激光光二二极极管管(LD),他他们们是是光光发发送送器器的的核核心心和和灵灵魂魂，所所以以我我们们把把主主要要精精力力集集中中于于讨论他们的工作原理和关键特性。讨论他们的工作原理和关键特性。第三章第三章 光源和光电检测器光源和光电检测器重难点重难点 光源和光电检测器光源和光电检测器 教学内容教学内容 光源光源 光电检测器光电检测器 半导体激光器的工半导体激光器的工作原理与特性作原理与特性 光检测器的工作原光检测器的工作原理理 第三章第三章 光源和光电检测器光源和光电检测器3.1 3.1 半导体的能带理论半导体的能带理论3.2 PN3.2 PN结的能带结构结的能带结构3.33.3 发光二极管发光二极管3.4 3.4 半导体激光器半导体激光器3.5 LD3.5 LD的工作特性的工作特性3.6 3.6 光电检测器的工作原理和主要光电检测器的工作原理和主要要求要求3.7 PIN3.7 PIN和和APDAPD的工作原理的工作原理3.8 3.8 光电检测器的工作特性光电检测器的工作特性3.1 3.1 半导体的能带理论半导体的能带理论1 1、晶体的能带、晶体的能带 晶晶体体的的能能谱谱在在原原子子能能级级的的基基础础上上按按共共有有化化运运动动的的不不同同而而分分裂裂成成若若干干组组。每每组组中中能能级级彼彼此此靠靠得得很很近近，组组成成有有一一定定宽宽度度的的带带，称为能带。称为能带。锗、硅和锗、硅和CaAs等都是共价晶体。形等都是共价晶体。形成共价键的价电子所占据的能带称为价成共价键的价电子所占据的能带称为价带（意味着较低的能量）。带（意味着较低的能量）。价带下面的能带是被电子占满了，价带下面的能带是被电子占满了，称为满带（满带中的电子不起导电作用）称为满带（满带中的电子不起导电作用）。价带上面的能带称为导带（意味着价带上面的能带称为导带（意味着较高的能量）。较高的能量）。价带和导带，价带和满带之间的宽价带和导带，价带和满带之间的宽度，不能被电子占据因此称为禁带（费度，不能被电子占据因此称为禁带（费米能级）。米能级）。导带和价带是通过禁带来分开的，导带和价带是通过禁带来分开的，在禁带的范围中不包括任何的能级（也在禁带的范围中不包括任何的能级（也就是说没有电子）。换句话说，电子可就是说没有电子）。换句话说，电子可以在价带或导带所对应的轨道上活动，以在价带或导带所对应的轨道上活动，决不能在它们之间决不能在它们之间禁带上活动。禁带上活动。当绝对温度是零度，同时又没有外当绝对温度是零度，同时又没有外加电场时，所有的电子都集中在价带而加电场时，所有的电子都集中在价带而没有电子在导带。这是因为没有电子拥没有电子在导带。这是因为没有电子拥有足够的能量来越过禁带。但一旦有外有足够的能量来越过禁带。但一旦有外加能量，使得价带的电子中的某些获得加能量，使得价带的电子中的某些获得足够的能量来越过禁带，占据导带的能足够的能量来越过禁带，占据导带的能级。我们称这些电子是级。我们称这些电子是“受激的受激的”光是如何辐射的：当一个受激的电子从一个高能带向一个低能带跃迁时，光是如何辐射的：当一个受激的电子从一个高能带向一个低能带跃迁时，他释放出一量子的能量成之为光子他释放出一量子的能量成之为光子其中是两个能级之间差，是光子的其中是两个能级之间差，是光子的能量，而是波长能量，而是波长2 2、光辐射与能带、光辐射与能带同样的道理也适用于半导体同样的道理也适用于半导体如果一个受激电子从导带向价带跃迁时，如果一个受激电子从导带向价带跃迁时，它释放的光子的能量是大于或等于禁带的它释放的光子的能量是大于或等于禁带的能量的，这是因为在价带和导带之间不是能量的，这是因为在价带和导带之间不是一个而是多个能级参与辐射过程，所以有一个而是多个能级参与辐射过程，所以有许多临近的波长可以被辐射许多临近的波长可以被辐射能量导带价带波长波长波长波长波长波长3.1 3.1 半导体的能带理论半导体的能带理论3.2 PN3.2 PN结的能带结构结的能带结构P-N结内载流子运动结内载流子运动1、PN结的形成结的形成 当当P型半导体和型半导体和N型半导体物理接型半导体物理接触时，一个结就形成了，在触时，一个结就形成了，在PN结结的交界面，载流子的浓度差引起扩散的交界面，载流子的浓度差引起扩散运动，运动，P区的空穴向区的空穴向N区扩散，剩下带区扩散，剩下带负电的电离受主，从而在靠近负电的电离受主，从而在靠近PN结界结界面的区域形成一个带负电的区域。同面的区域形成一个带负电的区域。同样，样，N区的电子向区的电子向P区扩散，剩下带正区扩散，剩下带正电的电离施主，从而造成一个带正电电的电离施主，从而造成一个带正电的区域。载流子扩散运动的结果形成的区域。载流子扩散运动的结果形成了一个空间电荷区，没有可以移动的了一个空间电荷区，没有可以移动的电子或空穴，这些离子就产生了一个电子或空穴，这些离子就产生了一个内部电场。内部电场。P区PN结空间电荷区N区内部电场 扩散 漂移半导体结发光过程半导体结发光过程当当PN结加上正向电压时，外加电压的电场方向消弱了自建场，结结加上正向电压时，外加电压的电场方向消弱了自建场，结果能带倾斜减小，扩散增强，在电子和空穴扩散过程中，导带的果能带倾斜减小，扩散增强，在电子和空穴扩散过程中，导带的电子可以跃迁到价带和空穴复合，产生自发辐射光。为了得到持电子可以跃迁到价带和空穴复合，产生自发辐射光。为了得到持久的光辐射，必须出现以下的动态过程：区附近的移动电子被久的光辐射，必须出现以下的动态过程：区附近的移动电子被的阳极所吸引，进入耗尽区同时，区附近的空穴被的阴的阳极所吸引，进入耗尽区同时，区附近的空穴被的阴极所吸引，也进入同一个耗尽区在耗尽区中电子空穴从而复极所吸引，也进入同一个耗尽区在耗尽区中电子空穴从而复合产生光。电荷通过偏压电路返回合产生光。电荷通过偏压电路返回 耗尽区和耗尽电压耗尽区和耗尽电压光辐射作为电子空穴复合的结果光辐射作为电子空穴复合的结果耗尽区型（负离型（负离子和空穴）子和空穴）型（正离子和活型（正离子和活动电子）动电子）结型型结3.3 发光二极管发光二极管发发光光二二极极管管(LED)(LED)是是低低速速、短短距距离离光光通通信信系系统统中中常常用用光光源源。由由于于发发光光二二极极管管(LED)(LED)是是一一种种由由结结构构成成的的半半导导体体二二极极管管，因因此此它它的的工工作作原原理理和和我我们们刚刚才才讲讲过过的的持持久久的的光光辐辐射射的的实实现现方方法法相相同同：正正向向电电压压促促使使电电子子和和空空穴穴进进入入耗耗尽区并发生复合，扩散过程中发光。尽区并发生复合，扩散过程中发光。LEDLED是是非非相相干干光光源源，它它的的发发光光过过程程是是自自发发辐辐射射过过程程，发发出的是荧光，它没有光学谐振腔，是无阈值器件。出的是荧光，它没有光学谐振腔，是无阈值器件。大功率大功率LED彩色彩色LED食人鱼食人鱼3.3 发光二极管发光二极管应用要求：应用要求：适用于要求亮度高，一致性好适用于要求亮度高，一致性好,寿命长的产品寿命长的产品应用：应用：汽汽车车灯灯饰饰，灯灯饰饰，消消费费性性电电子子产产品品：LEDLED地地砖砖灯灯LEDLED灯灯杯杯 七七彩彩LED LED LEDLED星星星星灯灯串串 食食人人鱼鱼LED LED 发发光光字字LEDLED模模组组 LEDLED地地埋埋灯灯 LEDLED彩彩虹虹管管 大大功功率率LED LED LEDLED护护栏栏灯灯 普普通通LED LED LEDLED幕幕墙墙灯灯 LEDLED七七彩彩球炮球炮性能指标：性能指标：(1)(1)亮度范围：亮度范围：500mcd500mcd20000mcd 20000mcd(2)(2)发光角度：发光角度：2 2度度,度，度，度度，度，度(3)(3)颜色范围颜色范围:红光，橙光，黄光，蓝光，绿光，白光、七红光，橙光，黄光，蓝光，绿光，白光、七彩等彩等(4)(4)封装封装:有圆头、子弹头、草帽形、圆柱平头、方形、有圆头、子弹头、草帽形、圆柱平头、方形、椭圆形、墓碑形、四脚方形。椭圆形、墓碑形、四脚方形。3.3 发光二极管发光二极管LEDLED工作特性工作特性工作特性工作特性(1)光谱特性光谱特性（2）电光转换特性）电光转换特性()耦合特性耦合特性(4)温度特性温度特性(1)光谱特性光谱特性 它的谱线宽度较宽，对高速率调制是不利的。它的谱线宽度较宽，对高速率调制是不利的。(2)LED的电光转换特性的电光转换特性 光输出功率光输出功率P与注入电流与注入电流I的关系，一般称为的关系，一般称为P-I曲线，曲线，LED的的P-I曲线线性范围较大。在进行调制时，曲线线性范围较大。在进行调制时，动态范围大，信号失真小。动态范围大，信号失真小。()耦合特性耦合特性 LED发出的光束的发散角较大，范围为发出的光束的发散角较大，范围为40120，耦，耦合效率低。合效率低。(4)温度特性温度特性 LED输出功率对温度的依赖性在输出功率对温度的依赖性在2060范围内，范围内，变化不大，所以温度特性较好，一般不需加温控电路。变化不大，所以温度特性较好，一般不需加温控电路。由以上特性可以看出，由以上特性可以看出，LED输出功率较低，光谱较宽，输出功率较低，光谱较宽，但由于使用简单，寿命长等特点，在中短距离光纤数字通但由于使用简单，寿命长等特点，在中短距离光纤数字通信系统和模拟信号传输系统，应用还是比较广泛的。信系统和模拟信号传输系统，应用还是比较广泛的。RLED正偏电压V正向电流(mA)辐射光功率(mW)3.4 半导体激光器半导体激光器-器件器件 半半导导体体激激光光器器自自从从2020世世纪纪7070年年代代发发展展起起来来后后,现现在在已已被被广广泛泛应应用用。随随着着商商用用光光纤纤的的出出现现，这这种种激激光光二二极极管管的的特特性性如如亮亮度度、定定向向性性、窄窄光光谱谱宽宽度度以以及及相相干干特特性性等等，使使其其成成为为长距离光纤链路的最佳光源长距离光纤链路的最佳光源激光二极管激光二极管3.4 半导体激光器半导体激光器-器件器件医疗用激光器医疗用激光器激光模组激光模组1 1、光纤通信对半导体激光器的主要要求、光纤通信对半导体激光器的主要要求3.4 半导体激光器半导体激光器-工作原理工作原理光源应在光纤的光源应在光纤的三个低损耗窗口三个低损耗窗口工作，工作，0.85m、1.31m或或1.55m光源的谱线宽度光源的谱线宽度较窄，较窄，=0.11.0nm能够提供足能够提供足够的输出功够的输出功率，可达到率，可达到10mW以上以上能长时间连能长时间连续工作，工续工作，工作稳定作稳定与光纤耦与光纤耦合效率高，合效率高，30%50%对半导体激光器的对半导体激光器的基本要求基本要求 2 2、辐射分为两类、辐射分为两类:自发辐射和受激辐射自发辐射和受激辐射.自发辐射自发辐射-处于高能级的原子是不稳定的，在没有外界的影响下，会自发处于高能级的原子是不稳定的，在没有外界的影响下，会自发的从高能级向低能级跃迁，并伴随着发射光子。自发辐射的光频率相同，的从高能级向低能级跃迁，并伴随着发射光子。自发辐射的光频率相同，相位随机，是非相干光。相位随机，是非相干光。受激辐射受激辐射-如果让一个外来的光子激发一个受激的原子，一个不同的过程如果让一个外来的光子激发一个受激的原子，一个不同的过程将会发生，如下图，在外来光子的激励作用下，产生了一个和外来光子完将会发生，如下图，在外来光子的激励作用下，产生了一个和外来光子完全相同的光子。受激辐射得到的是相干光。全相同的光子。受激辐射得到的是相干光。3.4 半导体激光器半导体激光器-工作原理工作原理hf12初态初态初态初态E2E1终态终态终态终态E2E1hf12初态初态初态初态E2E1终态终态终态终态E2E1自自发发辐辐射射 受受激激辐辐射射 3 3、LDLD的工作原理的工作原理3.4 半导体激光器半导体激光器-工作原理工作原理产产生生激激光光应应满满足足三三个个基基本本条条件件 基本条件基本条件光光反反馈馈粒粒子子数数反反转转振荡的阈值条件振荡的阈值条件1 1、光反馈、光反馈 能量导带价带镜子导带价带镜子镜子光放大光放大正反馈正反馈为了得到所需要的受激光，我们需要的不是一个而是数百万个光子。如为了得到所需要的受激光，我们需要的不是一个而是数百万个光子。如何才能激发这样的辐射，采用的方法是在激活层的一端放上一面镜子，何才能激发这样的辐射，采用的方法是在激活层的一端放上一面镜子，如下左图，两个光子一个是原始的，一个是受激的如下左图，两个光子一个是原始的，一个是受激的-于是被反射回来，于是被反射回来，重新进入激活层。这两个光子又作为外来光子，通过激活层的时候又激重新进入激活层。这两个光子又作为外来光子，通过激活层的时候又激发出两个新光子，这四个光子然后又被放在激活层另一端的镜子反射，发出两个新光子，这四个光子然后又被放在激活层另一端的镜子反射，当这四个光子再次通过激活层的时候激发出另四个光子。这八个光子接当这四个光子再次通过激活层的时候激发出另四个光子。这八个光子接着在被第一面镜子反射回激活层，这样的过程将无限进行下去。就这样着在被第一面镜子反射回激活层，这样的过程将无限进行下去。就这样两面镜子实现了光的正反馈，两面镜子实现了光的正反馈，(反馈将输出光子又加到输入反馈将输出光子又加到输入)，两面镜子，两面镜子组成一个谐振腔。组成一个谐振腔。3.4 半导体激光器半导体激光器-工作原理工作原理 2 2、粒子数反转、粒子数反转 从右图可以看出，受激光从右图可以看出，受激光子的数量增加是很快的。子的数量增加是很快的。为此，我们需要在导带中为此，我们需要在导带中有无数的受激电子来维持有无数的受激电子来维持这个动态过程。事实上，这个动态过程。事实上，在激光发射过程中，我们在激光发射过程中，我们在高能级的导带需要的电在高能级的导带需要的电子比在低能级的价带需要子比在低能级的价带需要的多，这种情况被称为粒的多，这种情况被称为粒子数反转。子数反转。3.4 半导体激光器半导体激光器-工作原理工作原理h fh fEfEpcEpfEpvEncnEnv电子，空穴内部电场外加电场获得粒子数反转分布获得粒子数反转分布获得粒子数反转分布获得粒子数反转分布 正向偏压下正向偏压下P-N结能带图结能带图 3 3、激光振荡的阈值条件、激光振荡的阈值条件 光学谐振腔实际上存在两个相反的过程：光增益和光损耗。光学谐振腔实际上存在两个相反的过程：光增益和光损耗。只有当光增益大于损耗时，才能建立稳定的激光振荡输出激光，这个条只有当光增益大于损耗时，才能建立稳定的激光振荡输出激光，这个条件称为激光器的阈值条件。件称为激光器的阈值条件。G:G:光增益系数光增益系数 G GT T:阈值增益系数。幸运的是，损耗系数是固定的，增益系数可以改变，如阈值增益系数。幸运的是，损耗系数是固定的，增益系数可以改变，如下图下图 损耗d(mm)增益增益损耗LED工作的情况增益d(mm)损耗增益增益=损耗阈值条件增益d(mm)损耗增益增益=损耗激光发射工作增益d:激活层尺寸3.4 半导体激光器半导体激光器-工作原理工作原理3.5 LD的工作特性的工作特性LDLD的的工工作作特特性性可可以以用用一一些些特特性性曲曲线线和和特特性性参参量量来来描述：描述：1 1、P-IP-I曲线曲线I(mA)P(mW)IthLD半导体激光器P-I曲线示意图 2 2、光谱特性、光谱特性GaAs LD的光谱特性曲线如下图所示的光谱特性曲线如下图所示3.5 LD的工作特性的工作特性 阈阈值值电电流流随随温温度度的的升升高高而而加加大大，为为了了使使光光纤纤通通信信系系统统稳稳定定、可可靠靠地地工工作作，一一般般都都要要采采用用自自动动温温度度控控制制电电路路，来来稳稳定定激激光光器的阈值电流和输出光功率。器的阈值电流和输出光功率。3 3、温度特性、温度特性(1)It的温度特性的温度特性(2)激光二级管的中心波长激光二级管的中心波长随温度升高而增加。随温度升高而增加。3.5 LD的工作特性的工作特性3.6 光电检测器工作原理和主要要求光电检测器工作原理和主要要求1 1、半导体的光电效应、半导体的光电效应 光电检测器是利用半导体的光电效应制成。光电检测器是利用半导体的光电效应制成。半半导导体体的的光光电电效效应应是是指指：光光照照射射到到外外加加反反向向偏偏压压半半导导体体的的P-NP-N结结上上，若若光光子子能能量量足足够够大大，则则半半导导体体材材料料中中价价带带的的电电子子吸吸收收光光子子的的能能量量从从价价带带越越过过禁禁带带到到达达导导带带，在在导导带带中中出出现现光光电电子子，在在价价带带中中出出现现光光空空穴穴，这这些些电电子子-空空穴穴对对在在耗耗尽尽层层内内建建电电场场作作用用下下形形成成漂漂移移电电流流，同同时时在在耗耗尽尽层层两两侧侧部部分分电电子子-空空穴穴对对由由于于扩扩散散运运动动进进入入耗耗尽尽层层，在在电电场场作作用用下下形形成成扩扩散散电电流流，这这两两部部分分电流之和为光生电流。电流之和为光生电流。3.6 光电检测器工作原理和主要要求光电检测器工作原理和主要要求（3）响应速度快、线性好及频带宽）响应速度快、线性好及频带宽（4）高可靠性，长寿命，尺寸与光纤直径相配，工作电压低等）高可靠性，长寿命，尺寸与光纤直径相配，工作电压低等（1）光电转换效率高）光电转换效率高(2)所带附加噪声尽可能小所带附加噪声尽可能小对检测器的要求对检测器的要求在光纤通信中，满足上述要求的光电检测器有两种半导在光纤通信中，满足上述要求的光电检测器有两种半导体光电二极管：体光电二极管：PINPIN光电二极管和雪崩光电二极管光电二极管和雪崩光电二极管(APD)(APD)3.7 PIN和和APD的工作原理的工作原理1 1、PINPIN光电二极管的原理光电二极管的原理 利利用用光光电电效效应应可可以以制制造造出出简简单单的的PNPN结结构构光光电电二二极极管管，但但是是这这样的光电二极管的响应速度低，光电转换效率低。样的光电二极管的响应速度低，光电转换效率低。为为了了改改善善光光电电检检测测器器的的响响应应速速度度和和转转换换效效率率，在在P P型型材材料料和和N N型型材材料料之之间间加加一一层层轻轻掺掺杂杂的的N N型型材材料料I I层层，由由于于掺掺杂杂浓浓度度较较轻轻，电子浓度很低，经扩散可以形成一个很宽的耗尽层。电子浓度很低，经扩散可以形成一个很宽的耗尽层。PIN光电二极管光纤通信应用广泛的器件。光电二极管光纤通信应用广泛的器件。目前国产目前国产PIN光电二极管有：光电二极管有：(1)Si-PIN管管(用于用于0.80.9m光纤通信系统光纤通信系统)(2)Ge-PIN管管(用于用于1.31m光通信系统光通信系统)(3)InGaAsP-PIN管管(用用于于1.31m和和1.55m系系统统)2 2、PINPIN光电二极管光电二极管3.7 PIN和和APD的工作原理的工作原理3 3、雪崩光电二极管的原理、雪崩光电二极管的原理 APDAPD是利用半导体材料的雪崩倍增效应制成的。是利用半导体材料的雪崩倍增效应制成的。雪雪崩崩光光电电二二极极管管的的雪雪崩崩倍倍增增效效应应，是是在在二二极极管管的的P-P-N N结结上上加加高高反反向向电电压压(一一般般为为几几十十伏伏或或几几百百伏伏)形形成成的的，此此时时在在结结区区形形成成一一个个强强电电场场，在在高高场场区区内内光光生生载载流流子子被被强强电电场场加加速速，获获得得高高的的动动能能，与与晶晶格格的的原原子子发发生生碰碰撞撞，使使价价带带的的电电子子得得到到能能量量，越越过过禁禁带带到到导导带带，产产生生了了新新的的电电子子空空穴穴对对，新新产产生生的的电电子子空空穴穴对对在在强强电电场场中中又又被被加加速速，再再次次碰碰撞撞，又又激激发发出出新新的的电电子子空空穴穴对对如如此此循循环环下下去去，像像雪雪崩崩一一样样的发展，从而使光电流在管子内部即获得了倍增。的发展，从而使光电流在管子内部即获得了倍增。3.7 PIN和和APD的工作原理的工作原理 目前光纤通信系统中使用的雪崩光电二极管结目前光纤通信系统中使用的雪崩光电二极管结构形式有保护环型和拉通型。构形式有保护环型和拉通型。雪崩光电二极管的结构见下图雪崩光电二极管的结构见下图3.7 PIN和和APD的工作原理的工作原理雪雪崩崩光光电电二二极极管管随随使使用用的的材材料料不不同同有有：Si-Si-APD(APD(工工 作作 在在 短短 波波 长长 区区)；Ge-APDGe-APD，InGaAs-APDInGaAs-APD等等(工作在长波长区工作在长波长区)。Si-APDSi-APD性性能能较较好好，它它工工作作在在0.85m0.85m附附近近，倍倍增增增增益益高高达达10010010001000，暗暗电电流流很很小小。Ge-APDGe-APD工工作作在在长长波波长长区区，它它的的倍倍增增增增益益一一般般不不超超过过1515，过过剩剩噪噪声声大大，暗暗电电流流也也很很大，限制了倍增增益及检测灵敏度。大，限制了倍增增益及检测灵敏度。3.7 PIN和和APD的工作原理的工作原理 它是带内增益的半导体管。它是带内增益的半导体管。采采用用APD优优点点是是：当当一一个个接接收收系系统统的的噪噪声声主主要要来来自自于于前前置置放放大大器器和和负负载载电电阻阻的的势势噪噪声声时时，雪雪崩崩光光电电二二极极管管内内部部增增益益提提供供了了一一种种增增益益信信号号，但但在在一一定定增增益益范范围围内内不不增增加加总总噪噪声声功功率率的的方方法法。从从而而提提高高了了系系统统的的信信噪比。噪比。雪崩光电二极管结构种类：雪崩光电二极管结构种类：(1)保保护护环环结结构构；(2)台台型型结结构构；(3)拉拉通通型型结结构构。3 3雪崩光电二极管优点雪崩光电二极管优点3.7 PIN和和APD的工作原理的工作原理用于光纤通信的雪崩光电二极管：用于光纤通信的雪崩光电二极管：(1)硅雪崩光电二极管硅雪崩光电二极管(Si-APD)响响应应光光谱谱范范围围：0.61.1m(第第一一窗窗口口)(0.85m)(2)锗锗雪雪崩崩光光电电二二极极管管(Ge-APD)(第第二二窗窗口口1.31m)响应光谱响应光谱0.81.65m；4 4雪崩光电二极管应用雪崩光电二极管应用3.7 PIN和和APD的工作原理的工作原理3.8 光电检测器的工作特性光电检测器的工作特性1 1、响应度和量子效率、响应度和量子效率响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的物理量响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的物理量2 2、响应时间、响应时间 表表征征光光检检测测器器对对光光信信号号变变化化响响应应速速度度快快慢慢的的是是它它的的响响应应时时间间，通通过过用用光光检检测测器器受受阶阶跃跃光光脉脉冲冲照照射射时时，输输出出脉脉冲冲前沿的前沿的10%10%点到点到90%90%点之间的时间间隔点之间的时间间隔(即上升时间即上升时间)来衡量。来衡量。光电检测器的响应时间受三个因素影响光电检测器的响应时间受三个因素影响：(1)(1)渡越时间渡越时间(2)(2)扩散时间的影响扩散时间的影响(3)(3)电路的影响电路的影响3.8 光电检测器的工作特性光电检测器的工作特性3 3暗电流暗电流I Id d暗暗电电流流是是指指在在PINPIN规规定定的的反反向向电电压压或或者者APDAPD的的90%90%击击穿穿电电压压时时，在在无无入入射射光光情情况况下下器器件件内内部部的的反反向向电流。电流。在在理理想想条条件件下下，当当没没有有光光照照时时，光光电电检检测测器器应应无无光光电电流流输输出出。但但是是，实实际际上上由由于于热热激激励励、宇宇宙宙射射线线或或放放射射性性物物质质的的激激励励，在在无无光光情情况况下下，光光电电检检测测器器仍仍有有电电流流输输出出，这这种种电电流流称称为为暗暗电电流流。严严格格说说暗暗电电流流还还包包括括器器件件表表面面的的漏漏电电流流。据据理理论论研研究究，暗暗电电流流将将引引起起光光接接收收机机噪噪声声增增大大。因因此此，人人们们总总是希望器件的暗电流越小越好。是希望器件的暗电流越小越好。3.8 光电检测器的工作特性光电检测器的工作特性APDAPD的雪崩倍增因子用的雪崩倍增因子用G G表示表示PINPIN无倍增效应，所以无倍增效应，所以G=1G=1。APDAPD的倍增因子的倍增因子G G随反向电压随反向电压V V的升高而增大。的升高而增大。APDAPD可以达到的最大倍增因子用可以达到的最大倍增因子用G Gmaxmax表示。表示。4 4倍增特性倍增特性3.8 光电检测器的工作特性光电检测器的工作特性在在APDAPD中中，每每个个光光生生载载流流子子不不会会经经历历相相同同的的倍倍增增过过程程，这这将将导导致致倍倍增增增增益益产产生生波波动动。这这种种波波动动是是额额外外的的倍倍增增噪噪声声的的主主要要根根源源。通常用过剩噪声系数通常用过剩噪声系数F(G)F(G)来表示。来表示。过过剩剩噪噪声声指指数数x x越越大大，则则F(G)F(G)越越大大，所所以以应应选择选择APDAPD的的x x小的管子。小的管子。5 5过剩噪声系数过剩噪声系数F(G)F(G)3.8 光电检测器的工作特性光电检测器的工作特性小小 结结作业：作业：4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 需要掌握：需要掌握：（）发光二极管的工作原理及特性（）发光二极管的工作原理及特性（）（）半导体激光器的工作原理半导体激光器的工作原理（）（）LD的工作特性：的工作特性：P-I曲线、光谱特性、温度特性曲线、光谱特性、温度特性（）（）PIN和和APD的工作原理的工作原理（）（）光电检测器的工作特性光电检测器的工作特性