上海交通大学：《光纤通信系统与设计》教学资源（PPT课件）第六章 光检测器

第六章光检测器

第六章 光检测器

光电检测器的要求 -能检测出入射光功率，完成信号光/电转换 -高的响应度，对一定的入射功率能输出大的光电流 -具有尽可能低的噪声，器件不恶化信噪比 ~具有良好的线性关系，保证信号转换不失真 -具有较小的体积、较长的工作寿命等 常用的半导体光电检测器： 光电二极管和雪崩光电二极管

光电检测器的要求 - 能检测出入射光功率，完成信号光/电转换 常用的半导体光电检测器： 光电二极管和雪崩光电二极管 - 高的响应度，对一定的入射功率能输出大的光电流 - 具有尽可能低的噪声，器件不恶化信噪比 - 具有良好的线性关系，保证信号转换不失真 - 具有较小的体积、较长的工作寿命等

主要内容 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

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

6.1光电二极管的物理原理 光电二极管实际上是一个加了反向偏压的pn结 n型←← 耗尽层 型 当反向偏压足够大时 eeeee 耗尽区自由载流子被 完全耗尽 n p

6.1 光电二极管的物理原理 光电二极管实际上是一个加了反向偏压的pn结 n型 p型 耗尽层 当反向偏压足够大时 耗尽区自由载流子被 完全耗尽 n p

耗尽区受到光的照射 当光照射光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽 区及其附近引起受激跃迁现象，产生电子空穴对。 合eeee w 入 冬+十中++ n p

当光照射光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽 区及其附近引起受激跃迁现象，产生电子空穴对。 耗尽区受到光的照射 n p hv

载流子的收集 产生的电子空穴对在外部电场作用下定向移动，被 电极收集产生电流 E 亭++中+中 n 光生电流I

产生的电子空穴对在外部电场作用下定向移动，被 电极收集产生电流 载流子的收集 n p E 光生电流 I

电子和空穴的扩散长度 电载流子在移动的过程中： 载流子处在较高的能态 电子·空穴对会重新复合而消失 白 L 电子扩散长度Ln=(D2Dn扩散系数，Tn电子寿命 空穴扩散长度L。=(D,P2D,扩散系数，空穴寿命 载流子寿命过短、外加反偏压不够强→ 载流子无法到达电极变成光电流

电载流子在移动的过程中： 电子和空穴的扩散长度   1/ 2 Ln Dn n     1/ 2 Lp Dp p   Dn扩散系数，n电子寿命 Dp扩散系数，p空穴寿命 电子扩散长度 空穴扩散长度 电子 - 空穴对会重新复合而消失 载流子处在较高的能态 L 载流子寿命过短、外加反偏压不够强 → 载流子无法到达电极变成光电流

光电二极管的工作原理 1.pn结加一个较高的反向偏压 2.pn结耗尽区受到光的照射产生光生载流子 3.在外部偏压的作用下，光生载流子定向漂移产生 光生电流 外加反向偏压抽取光能量的过程

光电二极管的工作原理 1. pn结加一个较高的反向偏压 2. pn结耗尽区受到光的照射产生光生载流子 3. 在外部偏压的作用下，光生载流子定向漂移产生 光生电流 外加反向偏压抽取光能量的过程

pin光电二极管的结构 高掺杂p+型 高掺杂n+型 金属接触（电极） 增透膜（抗反射膜） i(本征)层：低掺型 I(N) P N N 电极 IEIA 耗尽区 1 XPDV2040R 10100048 65G28520B8122 加反向偏置电压后形成一个很宽的耗尽层

pin光电二极管的结构 加反向偏置电压后形成一个很宽的耗尽层 高掺杂p +型 高掺杂n +型 i (本征)层：低掺杂n型 耗尽区

pin的光吸收 P(x) pin 在半导体材料中光功率的吸收呈指数规律： P(x)=P(1-e-a.(2)) 光损耗P,ea,ar (仉)为材料对波长入的吸收系数，P是入射光功率， P(x)是光在耗尽区中经过距离x后被吸收的功率

P(x) x pin ( ) (1 ) ( ) 0 x s P x P e     在半导体材料中光功率的吸收呈指数规律： s()为材料对波长的吸收系数，P0是入射光功率， P(x)是光在耗尽区中经过距离x后被吸收的功率 pin的光吸收 x s P e ( ) 0 光损耗  