光探测器.doc

光
探
测
器
的
了
解

电科1001班
马金婷
09900100701

一 什么是光探测器
光探测器又名“光检测器”，是光接收机的首要部分，光探测器是光纤传感器构成的一个重要部分，它的性能指标将直接影响传感器的性能。能检测出入射到其面上的光功率，并把这个光功率的变化转化为相应的电流。由于光信号在光纤中有损耗和失真所以对光探测器的性能要求很高。其中最重要的要求是在所用的光源的波长范围内有较高的灵敏度、较小的噪声，响应速度快以适应速率传输

。
光探测器一般要满足以下要求：
（1）在系统工作要求的波长区域范围内，有高的量子效率；
（2）响应速度快；
（3）具有好的线性输入-输出性质；
（4）能在通常条件下可靠的工作。

1 ，光探测器就是把信号（通信信息）从光波中分离（检测）出来，即进行光/电转换的器件。

2 ，光探测器件质量的优劣在很大程度上决定了光接收机灵敏度的高低。而光接收机的灵敏度和光源器件的发光功率、光纤的衰耗三者一起便决定了光纤通信的中继距离（在系统受衰耗限制而不是受色散限制时）

二 光探测器的类型
光电倍增管、热电探测器、半导体光探测器等
1光电倍增管
由光电阴极和装在真空管内的倍增器组成，有很高的增益和很低的噪声，但尺寸较大且需要较高的偏置电压，不适合光纤通信系统。
2热电探测器
包含了从热能到光能的转换，这种探测器的响应在相当宽的光谱范围内都是平坦的，但响应速度很慢也不适合光纤通信系统。

3 半导体光探测器
在半导体光探测器中光电二极管体积小，灵活度高，响应速度快，在光纤通信系统中得到了广泛的应用，常见的光电二极管有俩种：PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)
目前常用的光探测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD).
（光探测器是利用光与物质的各种相互作用，把光能转换为其他可感知量的各种器件的总称。按照所利用的相互作用区分，有三大类。

利用光子效应 　光子效应种类很多。应用最广的有三种，即光电导、光生伏打效应和光电发射效应。前两种统称为内光电效应，后一种称为外光电效应。此外尚有光电磁效应、丹培效应、光子牵引效应及定位相互作用。

利用热效应 　简称热探测器。它们基于辐射的加热效应引起的材料温度的变化及由此引起的材料特性的变化。其特点是灵敏度与波长无关，即无选择性；

利用波的相互作用 　这类探测器利用入射辐射的电磁场与一个参考辐射的电磁场在光敏材料中的相互作用。主要有光学外差探测及光学参量效应。 ）
三 光探测器件基本原理
光探测器件的光电转换主要包括3个主要过程：

入射到光吸收区的光子被InGaAs或Ge材料(长波长探测)所吸收，产生非平衡 的电子、空穴对；

非平衡的电子、空穴对由于浓度差产生定向扩散运动和电场下的漂移运动；
运动到PN结的载流子在其两边形成附加电势，并在外电路中产生附加的光生电压或光生电流。

当入射光信号功率不大时，转换成的光电流随光功率作线性变化。
在入射光作用下，由于光吸收过程产生的电子/空穴对的运动，并在PN结两边形成附加电势,从而在闭合外电路中形成光生电流的器件，就是简单的PN结光电二极管。

如果在P型层和N型层之间增加一层掺杂浓度很低或非故意掺杂的本征层（I），就构成PIN光电二极管。

PIN光电二极管光吸收区较厚，结电溶较小，因而光响应度可达0.85A/W,光响应速率可达10Gb/s以上。这是一种结构简单,性能优良的器件。

四 光探测器光电特性指标
光探测器光电特性可用如下指标来衡量：

对PIN-PD，主要有：
a ) 光谱响应范围；
b ) 光响应度；
c ) 光响应速率（或结电容）；
d ) 暗电流；
e ) 反向击穿电压；
f ) RC时间

对APD，除上述指标外，还有：
a ) 光倍增因子；
b ) 过剩噪声指数；

五 光探测器举例—雪崩光电二极管
当APD在处于适当的偏压时利用雪崩效应可以获得M倍的内部电流增益，M称为APD的倍增因子。因此APD的灵敏度高于其他光电二极管，广泛应用于长距离光纤通信中。

由于APD的增益与反向偏置和温度的关系很大，因此有必要对反向偏置电压进行控制，以保持增益的稳定。