光網絡技術主講人：林琪電話echnologyofopticalnetworkQQ：95252777目錄CONTENTS光檢測器工作原理01光接收機02PARTONE光檢測器光檢測器4光電檢測器：完成光/電轉化(O/E)，是光接收機的核心(Core)；光電檢測器也稱檢波器、光電二極管和光探測器光纖通信中的光電檢測器：

PN光電二極管，P-type，N-TypePhotodiodePIN光電二極管，P-type,Intrinsic，N-TypePhotodiodeAPD光電二極管，AvalanchePhotodiode思考:

P-N結(P-NJunction)光電二極管是如何實現(xiàn)O/E？半導體光電效應(Photoemission)5

半導體的光電效應：光照射到半導體P-N結上時，若光子能量足夠大，半導體材料中價帶的電子吸收光子的能量，從價帶越過禁帶到達導帶，出現(xiàn)光生載流子的過程。光生載流子：導帶中出現(xiàn)的光電子，價帶中出現(xiàn)的光空穴，即產生光電子－空穴對，總起來稱為光生載流子。半導體光電效應(Photoemission)6

截止波長λc

：Cut-offWavelength

λc=hc/Eg=1.24/Egλc是光電二極管工作波長的上限。只有當入射光波的波長λ＜λc的光，才能使這種材料產生光生載流子。當波長很短時，材料的吸收系數(shù)會變得很大，使光電轉換效率降低。因此，還存在一個短波長極限λmin，入射光的波長λ必須滿足λmin<λ<λc

。P-N光電二極管能帶和載流子7P-N光電二極管P-type，N-TypePhotodiode價帶中的電子粘結在一起，不能移動導帶中的電子是自由的，可移動形成電流基于能級的觀點：基于p-n結的觀點：光子射入耗盡區(qū)，將電子從空穴中分離。電子和空穴受到正負電勢吸引，形成電流光照射，價帶中的電子吸收光子能量躍遷到導帶，導帶中的電子和價帶中的空穴：光生載流子耗盡層越寬，越多的光子落在耗盡層，可提高光電二極管的響應速度P-N光電二極管工作條件8P-N光電二極管P-type，N-TypePhotodiode外加反向偏壓，更有利于耗盡層的加寬，產生更多的電子和空穴流

光電檢測器工作條件：在P－N結上加反向偏壓，其目的是加寬耗盡層，提高光電轉換效率PIN光電二極管9

為改善響應速度和轉換效率，適當加大耗盡層寬度。在P型材料和N型材料之間加一層輕摻雜的N型材料，稱為I層，即本征層，稱為PIN光電二極管。特點：本征層即耗盡層，吸收光子的地方優(yōu)點：高量子效率-大多數(shù)光子進入該區(qū)產生電子-空穴對

PIN光電二極管現(xiàn)可達到110GHzPIN光電二極管10PIN光電二極管11雪崩光電二極管（AvalanchePhotodiode）12

微弱信號需放大，放大器將引入噪聲，從而使光接收機的信噪比降低，靈敏度降低。解決方法：雪崩光電二極管，反向高壓

在光電二極管內部放大光電流，無電子線路噪聲。雪崩光電二極管APD利用的是雪崩倍增效應。根據制作的材料不同，可分為：

Si-APD（短波長區(qū)800nm，中速）

Ge-APD，InGaAs-APD（長波長區(qū)1300-1550，高速）雪崩光電二極管倍增效應13PN結上加反向高壓，使耗盡層內的電場強度增加，進入耗盡層的光生載流子動能很大，更容易與晶格碰撞而產生新的電子-空穴對。這些電子-空穴對又被電場加速而獲得足夠大的動能，又可產生新的電子-空穴對。依次類推，耗盡層內的載流子數(shù)目劇增，發(fā)生雪崩效應，從而使反向結電流倍增。PARTTWO光接收機光接收機15

光接收機的功能：

光接收機的組成：光信號光電檢測器（核心）放大器(Amplifier)外圍驅動電路(DriveCircuit)電信號放大

光接收機的主要指標：誤碼率(biterrorprobability)靈敏度(Sensitivity)動態(tài)范圍(DynamicRange)光接收機方框圖16光/電轉換低噪聲放大提供增益決定接收機靈敏度對畸變信號補償消除干擾，減小誤碼率取樣判決，再生原碼流決定光接收機的動態(tài)范圍自動增益控制，利用反饋環(huán)路控制放大器增益光接收機---前端17由于光檢測器的產生的光電流非常微弱，只有nA~μA的數(shù)量級，必須先經過前置放大器進行低噪聲放大。前置放大器作用是對光檢測器的產生的光電流進行放大，當然這也不可避免的引進附加噪聲，因此應采用低噪聲放大器。光接收機---主放大器18主放大器一般是多級放大器，實際中往往是由集成電路來構成。它的主要作用是提供足夠的增益，同時受AGC電路控制調整增益，以使輸入光信號在一定范圍內變化時，輸出電信號保持恒定。主放大器和AGC決定光接收機的動態(tài)范圍。光接收機---均衡濾波19均衡的目的是對經光纖傳輸、光/電轉換和放大后已產生畸變（失真）的電信號進行補償，使輸出的波形適合于判決，以消除嗎間干擾，減小誤碼率。光接收機---再生電路20再生電路包括取樣判決電路和時鐘提取。功能是從放大器輸出的信號與噪聲混合波形中提取碼元時鐘，并逐個地對碼元波形進行取樣判決，以再生出原發(fā)送的碼流。光接收機---自動增益控制電路

212023/5/14光接收機的自動增益控制，就是用反饋環(huán)路來控制主放大器的增益。在采用雪崩管(APD)的接收機中還通過控制雪崩管的偏壓來控制雪崩管的雪崩增益。當信號強時，則通過反饋環(huán)路，使上述增益降低；當信號弱時，則控制上述增益提高，從而達到使輸出信號穩(wěn)定，以利于判決的目的。顯然，自動增益控制的作用是增加了接收機的動態(tài)范圍。光檢測器信號波形圖22發(fā)端信號均衡前均衡后時鐘再生信號