-
.
PIN:positive-intrinsic-negativ
e
（
P
型半导体
-
杂质
-N
型半导体）
APD:avalanche
photodiode
（雪崩二极管）
饱和光功率
又称饱和光功率
即指最大负载。指
在
一定的传输速率下，维持一
定的误码率（
10-10
～
10-12
）
时的
光模
块接收端最大可以探测到的
输入
光功率。当
光探测器在强光照射下会出现光电流饱和
现象，当出现此现象后，探测器需要一定的
时间恢复，
此时接收灵敏度下降，接收到的信号有可能出现误判而
造成误码现象，而且还非常容易损坏接收端探测器，在
使用操作中应尽量避免超出其饱
和光功率。
因此对于
发射光功率大的光模块不加衰减回环测试会
出现误码现象。
当
APD
输入光功率达到一定强
度的时候，输出的光电流将趋于饱和。随着温
度的升高，
APD
的击穿电压
< br>V
BR
也随着上升，
如果
APD
的工作电压（即高压）不变，
APD<
/p>
的
光电检测性能会变弱，灵敏度降低。
APD
的
倍增因子代表倍增后的光电流与首次光电流之比。如图：
由图
可知，倍增因子
M
与反向偏置电压有关（反偏电压
越大，斜率越大，
M
越大。理论上反偏电压接近击穿
电压时，
M
趋于无穷大。
）
，所以说他
是可调的。同时可以看到
APD
雪崩光电二极管还存在一个雪崩电压（击穿电压）
V
< br>B
。当反
偏电压大于击穿电压时，
M
会急剧增大处于雪崩状态。但此时产生的倍增噪声会远远大于
倍增效应带来的好处。因此实际使用中，总是把反偏电压调到略小于雪崩电压的地方。
APD
倍增因子
M
的计算公式很多，一个常用的公式为
M=1/1-(v/vB)n
式中
:
n
是由
P-N
结材料决定的常数
; V B
为理想反向偏压
; V
为反向偏压的增
加值。对于
Si
材料
,
n =1. 5
～
4
;
对于
Ge
材料
n = 2.
5
～
8
。由式中还可看出
,
当| V |
→
| V B |
时, M →
∞, P
-N
结将发生雪崩击穿。
<
/p>
由公式可知，同样材料的
APD
管，同样
偏置电压情况下，击穿电压越大，倍增因子越小。
精品
.
三、光电检测器
光电检测器是把光信号功率转换成
电信号电流的器件。光纤通信使用的是
PIN
光电二
极管和雪崩光电二极管（
APD
）
。对这些半导体光检测器的基本要求是：
①
光电转换效率高，
②
噪声低，
③
响应速度高，
④
工作电压尽量低，
⑤
具有良好
的温度特性和稳定性，
⑥
寿命长。
光电二极管（
PIN-
PD
）
如图
3-25
所示，它工作于反偏压。
器件由
P
、
I
、
N
三层组成，基本结构是
PN
结。如
果在
PN
结上
加反向电压，在结上形成耗尽层，当光入射到
PN
结上时，产生
许多电子空穴
对，
在电场作用下产生位移电流，
如果两端加上负载阻抗就有电流流过，
常称这种电流为光
电流，光信号就转变成电信号。
在
PN
结中间加上的本征半导体层称为
Ⅰ层，
图
3-25
PIN
管工作原理示意图其示意图
以展宽耗尽层，提高转换效率。
PIN
管的灵敏度常以量子效率来表
示。
量子效率的意义是一个光子照射在检测器上所产
生的电子数
。因此，
PIN
管在光功率
P
的照射下，产生的光电流为
式中，η为量子效率，其数值总是小于
1
；
e
为电子电量，
e
≈
1.6
×
10
－
19C
。显然η的含<
/p>
义就是平均一个光子激发的电子数。光电检测器的量子效率与器件材料、光波长有关。
通常也采用
响应度
R
表示
PIN
< br>管的性能，它代表
PIN
光电二极管在光照下产生的光电
流
I
与入射的光功率
< br>P
之比，由式（
3-15
）即可
得出响应度为
由上可
见，响应度
R
（和量子效率η）是描述器件光电转换能力的物理
量，它与器件材
料、光波长有关。
响应速度是指光电检测器对入射微弱调制光信号产生光电流的
响应快慢，
通常用响应时
间
（上升时间
和下降时间）
来描述。
若从频域观点，
当光电检测器在接收正弦调制光信号时，
则以器件的极限工作频率
（截止频率）
fc
来表示。
可见响应
速度直接关系到器件的频带宽度。
就
PIN
光电二极管而言，为得到较快的响应速度，需要有较窄的耗尽层，以便缩短载流子
在
电场中的漂移时间，
但这与为提高量子效率应有较宽耗尽层的要求有矛盾，
因此两者必须
精品
. <
/p>
兼顾。
PIN
管的响应速度一般都能满足
实际要求。
无光照射时，
PIN
管具有的电流称为暗电流（
Id
）
，暗电流会引起噪声，要求尽量小。
表
3-5
列
出了
PIN
光电二极管特性的典型数据。
精品
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