第 3 章 通信用光器件-2.ppt

图3.23 内量子效率和带宽的关系 * 由电路RC时间常数限制的截止频率  式中，Rt为光电二极管的串联电阻和负载电阻的总和，Cd为结电容Cj和管壳分布电容的总和。 式中，ε为材料介电常数，A为结面积，w为耗尽层宽度。 (3.20) (3.21) *  (三) 噪声。 噪声影响光接收机的灵敏度。 噪声包括散粒噪声(Shot Noise)(由信号电流和暗电流产生) 热噪声(由负载电阻和后继放大器输入电阻产生) （ 1 ）均方散粒噪声电流  〈 i2sh〉=2e(IP+Id)B (3.22) e为电子电荷，B为放大器带宽，IP和Id分别为信号电流和暗电流。  2eIPB 称为量子噪声(由于入射光子和所形成的电子-空穴对都具有离散性和随机性而产生)  2eIdB是暗电流产生的噪声。 暗电流是器件在反偏压条件下，没有入射光时产生的反向直流电流。 * （1）均方热噪声电流  式中，k=1.38×10-23J/K为波尔兹曼常数，T为等效噪声温度，R为等效电阻，是负载电阻和放大器输入电阻并联的结果。  因此， 光电二极管的总均方噪声电流为 〈i2〉=2e(IP+Id)B+ (3.24) (3.23) 〈i2T〉= * 光电二极管物理原理及其参数 雪崩倍增管的原理及其参数 光电检测器的噪声分析 光电检测器的带宽 主要内容 * 雪崩二极管 (APD) 照片 * 3.2.3 雪崩光电二极管(APD)  光电二极管输出电流 I和反偏压U的关系示于图3.24。 随着反向偏压的增加，开始光电流基本保持不变。 当反向偏压增加到一定数值时，光电流急剧增加，最后器件被击穿，这个电压称为击穿电压UB。 APD就是根据这种特性设计的器件。  根据光电效应，当光入射到PN结时， 光子被吸收而产生电子 - 空穴对。 * 如果电压增加到使电场达到200 kV/cm以上，初始电子(一次电子)在高电场区获得足够能量而加速运动。 高速运动的电子和晶格原子相碰撞， 使晶格原子电离，产生新的电子 - 空穴对。 新产生的二次电子再次和原子碰撞。 如此多次碰撞，产生连锁反应，致使载流子雪崩式倍增，见图3.25。 所以这种器件就称为雪崩光电二极管(APD)。 * 图 3.24 光电二极管输出电流I和反向偏压U的关系 * 图 3.25 APD载流子雪崩式倍增示意图(只画出电子） * 图3.26 APD结构图 图3.26示出的N+PΠP+结构被称为拉通型APD。 * APD的响应度比PIN增加了g倍。 U为反向偏压，UB为击穿电压，n为与材料特性和入射光波长有关的常数，R为体电阻。 当U≈UB时，RIo/UB1，上式可简化为 对APD特性新引入的参数是倍增因子和附加噪声指数 倍增因子 倍增因子g(一次光生电流产生的平均增益的倍数)定义为APD输出光电流Io和一次光生电流IP的比值。 (3.25) (3.26) (3.27) * 2. 过剩噪声因子 APD的均方量子噪声电流为  〈i2q〉=2eIPBg2 (3.26a) 引入新的噪声成分， 并表示为附加噪声因子F。 F(1)是雪崩效应的随机性引起噪声增加的倍数，设F=gx，APD的均方量子噪声电流应为  〈i2q〉=2eIPBg2+x (3.26b) 式中， x为附加噪声指数。  同理，APD暗电流产生的均方噪声电流应为 〈 i2d〉=2eIdBg2+x (3.27