光检测器

• 光检测器的基本介绍

  • 作用：把接受到的光信号转换成电信号

  • 光接收器的灵敏度、光源的发光功率和光纤的损耗三者决定了光纤通信的传输距离；

• 光电二极管

  • 光电转换的基本原理

    • 之前提到，PN结由于内部载流子的扩散运动形成了内部电场，导致能带倾斜进而在PN结交界处形成了耗尽层。 当入射光作用到PN结时，发生了受激吸收。在耗尽层，由于内部电场的作用，电子向N区漂流，空穴想P区漂流，形成光生漂移电流； 在耗尽层外，由于扩散作用，部分载流子进入耗尽层，在内部电场的作用下形成与漂移电流同方向的扩散电流。 光生电流=扩散电流+漂移电流 当入射光发生变化，光生电流随之做线性变化，从而把光信号转换成电信号。

    • 增加耗尽层宽度的两种方案

      • 1.加入本征半导体，从而减小光生电流中的扩散分量（扩散分量比漂移分量速度慢），进而提升响应速度。

      • 2.增加反向偏压

  • PIN光电二极管

    • 基本原理：在PN结中间加入很厚的本征半导体（I层），以此增加耗尽层宽度

      • 1.由于I层很厚，几乎占据了整个耗尽层，因而在光生电流中漂移电流占主导地位，从而大大提升响应速度。

      • 2.由于I层吸收系数很小，入射光可以在I蹭产生大量的光电载流子，从而大幅提高光电转换效率。

    • 关于噪声的介绍

      • 

  • APD光电二极管

    • 特点：具有使电信号在二极管内部放大的作用；

    • 基本原理：通过增大负偏压，使得高速运动的光生电子与晶格原子相碰撞，使晶格原子电离，产生新的电子-空穴对。连续多次碰撞后，致使光生载流子雪崩式倍增

    • 雪崩过程

      • 1)光子从P+层射入，进入I层后，材料吸收了光能产生了初级电子-空穴对。

      • 2)这时光电子在I层被耗尽层的较弱的电场加速，移向雪崩区;

      • 3)当光电子运动到雪崩区时，受到强电场的加速作用，出现雪崩碰撞效应。

      • 4)最后，获得雪崩倍增后的光电子到达N+层，空穴被P+层吸收。

    • 结论：1.因为APD是有增益的光电二极管，采用APD的光接收机具有较高的灵敏度，有利于延长系统的传输距离，但由于APD电路较复杂，增加了成本，在灵敏度要求不高的场合，一般采用PIN光电二极管。

• 光无源器件

  • 连接器和接头

  • 光耦合器：用于将输入光信号按照一定的比例进行分配or组合成输出光信号。

  • 光隔离器和环形器（环形器与隔离器基本原理相同，可以看作有多个接口的隔离器）

    • (1)性质:隔离器就是一种非互易器件;

    • (2)原理:是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。

    • 3)功能:隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。

  • 光调制器

  • 光开关