精品文檔-下載后可編輯光電噪聲和探測(cè)度-基礎(chǔ)電子光電探測(cè)器的主要噪聲源有暗電流噪聲、散粒噪聲和熱噪聲。對(duì)理想的光電探測(cè)器，在無光照的時(shí)候應(yīng)該沒有電流，然而實(shí)際上仍然存在有較小的電流。它主要是由耗盡層中載流子的產(chǎn)生－復(fù)合電流和耗盡層邊界的少子擴(kuò)散電流，以及表面漏電流構(gòu)成的。這種暗電流等效于一個(gè)噪聲源，對(duì)于一個(gè)光接收器來說，暗電流的大小決定了其可探測(cè)信號(hào)的噪聲底限。散粒噪聲指的是當(dāng)光信號(hào)進(jìn)入二極管時(shí)，光子產(chǎn)生－復(fù)合的統(tǒng)計(jì)特性就會(huì)引發(fā)散粒噪聲。光電效應(yīng)使光生載流子的數(shù)量起伏變化，其統(tǒng)計(jì)特性服從泊松過程，所以這種噪聲總是存在的。熱噪聲主要是來自光電二極管的負(fù)載電阻。任何電阻都是重要的熱噪聲源，即使沒有外加電壓，其自身內(nèi)的熱運(yùn)動(dòng)也會(huì)不停的進(jìn)行。

為了對(duì)光電二極管的噪聲特性進(jìn)一步分析，我們給出如圖1所示的光電二極管等效電路。

圖1光電二極管等效電路圖

光電探測(cè)器電流IPD流過負(fù)載電阻R將產(chǎn)生壓降V＝IpD.R，其3dB帶寬由RC時(shí)間常數(shù)決定：

由負(fù)載電阻引起的熱噪聲電流為

由光電流和暗電流引起的散粒噪聲電流為

式中，召為電子電量，B為帶寬，IPD為光電探測(cè)器信號(hào)電流，幾為暗電流。兩個(gè)噪聲電流都是隨機(jī)統(tǒng)計(jì)相互獨(dú)立，因此總的噪聲電流可以寫成：

從式（3－35）可以看出，負(fù)載電阻越大則總的噪聲電流就越小，然而電阻增大會(huì)使帶寬下降。當(dāng)負(fù)載電阻很大以至于使熱噪聲電流IR，小于散粒噪聲電流I，時(shí)，總的噪聲電流將變得很小，光電探測(cè)器將具有很高的靈敏度。由4kTB/R2eB（IpD+Id）得所需的負(fù)載電阻為

定義信噪比S/N為

引入IPD0，我們稱之為量子噪聲電流閾值

因此式（3－38）可以寫成：

這時(shí)信噪比只和光電流和帶寬有關(guān)系，我們稱此時(shí)光電探測(cè)器工作于量子噪聲區(qū)域。此時(shí)信噪比稱為量子噪聲探測(cè)極限，它是任何服從洎松量子統(tǒng)計(jì)光電探測(cè)器所不能克服的。和下面將要提到的工作于熱噪聲區(qū)域光電探測(cè)器相比，工作于此區(qū)域的光電探測(cè)器具有高的信噪比。

當(dāng)光電探測(cè)器電流較小IPDIPD0時(shí)，式（3－40）可以寫成：

這時(shí)信噪比和光電流、帶寬、暗電及負(fù)載電阻有關(guān)，我們稱此時(shí)光電探測(cè)器工作于熱噪聲區(qū)域。IPDO也可以稱為等效暗電流，我們希望它越小越好。因?yàn)镮PDO越小，在較小的光電流下就可以使光電探測(cè)器工作于量子噪聲區(qū)域，從而得到較高的信噪比。

當(dāng)信噪比為1時(shí)，所需的入射光功率稱為等效噪聲功率NEP（NoiseEquivalentPower）：

NEP=N0/R（3－43）

式中，NO為輸出噪聲，R為響應(yīng)度。顯然NE