光電探測器是光接收器的主要器件之一,用來將光功率轉換為電流。根據(jù)系統(tǒng)的性能目標,可以選用PIN或APD(雪崩光電二極管)光電探測器。誤碼率(BER)是用于指定通信傳輸系統(tǒng)可靠性的主要指標,通常與接收機靈敏度值相關,該值定義了必須到達光電探測器的較小平均光功率,以實現(xiàn)所需的BER性能。另外,信道的Q值可以從采樣的信號統(tǒng)計中計算出來,并用于估計系統(tǒng)的誤碼率。光電探測器在定義基本通信系統(tǒng)的較終靈敏度方面起著重要的作用,因為它以散彈噪聲和熱噪聲的形式提供統(tǒng)計擾動,并引入了暗電流及定義響應率來衡量每單位輸入功率獲得多少電輸出。這些特性取決于入射光的波長和傳感器的材料特性和物理設計。光電探測器是光接收器的主要器件之一,用來將光功率轉換為電流。石巖高速光電探測器質量
1873年,英國W.史密斯發(fā)現(xiàn)硒的光電導效應,但是這種效應長期處于探索研究階段,未獲實際應用。第二次世界大戰(zhàn)以后,隨著半導體的發(fā)展,各種新的光電導材料不斷出現(xiàn)。在可見光波段方面,到50年代中期,性能良好的硫化鎘、硒化鎘光敏電阻和紅外波段的硫化鉛光電探測器都已投入使用。60年代初,中遠紅外波段靈敏的Ge、Si摻雜光電導探測器研制成功,典型的例子是工作在3~5微米和8~14微米波段的Ge:Au(鍺摻金)和Ge:Hg光電導探測器。60年代末以后,HgCdTe、PbSnTe等可變禁帶寬度的三元系材料的研究取得進展。工作原理和特性光電導效應是內光電效應的一種。當照射的光子能量hv等于或大于半導體的禁帶寬度Eg時,光子能夠將價帶中的電子激發(fā)到導帶,從而產生導電的電子、空穴對,這就是本征光電導效應。這里h是普朗克常數(shù),v是光子頻率,Eg是材料的禁帶寬度(單位為電子伏)。因此,本征光電導體的響應長波限λc為λc=hc/Eg=1.24/Eg(μm)式中c為光速。本征光電導材料的長波限受禁帶寬度的限制。石巖高速光電探測器質量PIN適用于中、短距離和中、低速率系統(tǒng),尤以PIN/FET 組件使用較多。
雪崩光電二級管(APD)是得用光生載流子在高電場區(qū)內的雪崩效應而獲得光電流增益,具有靈敏度高、響應快等優(yōu)點,通常用于激光測距、激光雷達、弱光檢測(非線性)。APD雪崩倍增的過程是:當光電二極管的p-n結加相當大的反向偏壓時,在耗盡層內將產生一個很高的電場,它足以使在強電場區(qū)漂移的光生載流子獲得充分的動能,通過與晶格原子碰撞將產生新的電子-空穴對。新的電子-空穴對在強電場作用下,分別向相反的方向運動,在運動過程中又可能與原子碰撞再一次產生新的電子-空穴對。如此反復,形成雪崩式的載流子倍增加。這個過程就是APD的工作基礎。APD一般在略低于反向南穿電壓值的反偏壓下工作。在無光照時,p-n結不會發(fā)生雪崩倍增效應。但結區(qū)一旦有光照射,激發(fā)出的光生載流子就被臨界強電場加速而導致雪崩倍增。若反向偏壓大于反向擊穿電壓時,光電流的增益可達(十的六次方)即發(fā)生“自持雪崩倍增”。由于這時出現(xiàn)的散粒噪聲可增大到放大器的噪聲水平,以致使器件無法使用。
相干接收:在接收設備中利用載波相位信息去檢測并接收信號。非相干接收:在接收設備中不用載波相位信息去檢測就接收信號。主要是在于接收端用不用提供同頻同相的載波。在相干光通信中主要利用了相干調制和外差檢測技術。所謂相干調制,就是利用要傳輸旳信號來改變光載波旳頻率、相位和振幅(而不象強度檢測那樣只是改變光旳強度),這就需要光信號有確定旳頻率和相位(而不象自然光那樣沒有確定旳頻率和相位),即應是相干光。激光就是─種相干光。所謂外差檢測,就是利用─束本機振蕩產生旳激光與輸入旳信號光在光混頻器中進行混頻,得到與信號光旳頻率、位相和振幅按相同規(guī)律變化旳中頻信號。半導體對光子的吸收主要的吸收為本征吸收,本征吸收分為直接躍遷和間接躍遷。
利用內光電效應制成的光子型探測器是用半導體材料制成的固態(tài)電子器件,主要包括光電導探測器和光伏型探測器等。光電導探測器具有光電導效應,是指由輻射引起被照射材料電導率改變的一種物理現(xiàn)象。當照射的光子能量hv等于或大于半導體的禁帶寬度Eg時,光子能夠將價帶中的電子激發(fā)到導帶,從而產生導電的電子、空穴對,這就是本征光電導效應。光伏型探測器通常由半導體PN結構成,其原理是利用PN結的內建電場將光生載流子(用光照射半導體時,若光子的能量等于或大于半導體的禁帶寬度,則價帶中的電子吸收光子后進入導帶,產生電子-空穴對)掃出結區(qū)而形成信號。當探測器受到光照(輻照)、體內發(fā)生本征光吸收時,產生兩種帶相反電荷的光生載流子(電子和空穴)。這兩種光生載流子一開始局限于光照區(qū),隨后由于存在濃度梯度,其中一部分擴散到PN結區(qū),在PN結內建電場的作用下,分別聚集到結的兩端,形成電壓信號。如PN結兩端連成一個回路,則形成電流信號。光電探測器可分為兩大類:一類是光子探測器;另一類是熱探測器。飛博光電雙通道平衡光電探測器一般多少錢
非相干接收:在接收設備中不用載波相位信息去檢測就接收信號。石巖高速光電探測器質量
光電三級管與光電二極管比較,光電三級管輸出電流較大,一般在毫安級,但光照特性較差,多用于要求輸出電流較大的場合。光電三極管有pnp和npn型兩種結構,常用材料有硅和鍺。例如用硅材料制作的npn型結有3DU型,pnp型有3CU型。采用硅npn型光電三極管,其暗電流比鍺光電三極管小,且受溫度變化影響小,所以得到位廣泛應用。下面以3DU型光電三極管為例說明它的結構、工作原理與主要特性。3DU型光電三極管是以p型硅為基極的三極管。3DU管的結構和普通晶體管類似,只是在材料的摻雜情況、結面積的大小和基極引線的設置上和普通晶體管不同。因為光電三極管要響應光輻射,受光面即集電結(bc結)面積比一般晶體管大。另外,它是利用光控制集電極電流的,所以在基極上既可設置引線進行電控制,也可以不設,完全同光一控制。它的工作原理是工作時各電極所加的電壓與普通晶體管相同,即要保證集電結反偏置,發(fā)射正偏聽偏置。由于集電結是反偏壓,在結區(qū)有很強的內建電場,對3DU管來講,內建電場方向是由c到b的。和光電二極管工作原理相同。石巖高速光電探測器質量
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