光電檢測器一、光電檢測器的工作原理光電檢測器是外加反向偏壓的PN結(jié)，當(dāng)入射光作用時，發(fā)生受激吸收產(chǎn)生

光生電子-空穴對，這些電子-空穴對在耗盡層內(nèi)建電場作用下形成漂移電流，同時在耗盡層兩側(cè)部分電子-空穴對由于擴散運動進(jìn)入耗盡層，在電場作用下形成擴散電流，這兩部分電流之和為光生電流。

光電二極管的工作原理光生電動勢空穴電子擴散NP擴散漂移復(fù)合復(fù)合漂移光(a)光電效應(yīng)反偏壓空穴電子P導(dǎo)帶光(b)加反向偏壓后的能帶價帶N耗盡層二、

PIN光電檢測器PIN光電檢測器的工作原理和結(jié)構(gòu)PIN光電檢測器的主要特性PIN光電檢測器的一般性能

PIN光電檢測器的工作原理PIN是為提高光電轉(zhuǎn)換效率而在PN結(jié)內(nèi)部設(shè)置一層摻雜濃度很低的本征半導(dǎo)體（I層）以擴大耗盡層寬度的光電二極管。

PIN的工作原理示意圖P+W光IN+能量

PIN光電檢測器的結(jié)構(gòu)P+N+I入射光電極電極E抗反射膜PIN光電檢測器的主要特性

量子效率光譜特性

響應(yīng)時間頻率特性

噪聲特性量子效率=光生電子-空穴對數(shù)／入射光子數(shù)，即

響應(yīng)度——是光生電流和入射光功率的比值

噪聲特性

噪聲直接影響光接收機的靈敏度。光電二極管噪聲包括信號電流和暗電流產(chǎn)生的散粒噪聲和有負(fù)載電阻和后繼放大器輸入阻抗產(chǎn)生的熱噪聲。通常噪聲用均方噪聲電流描述。

均方散粒噪聲電流

均方熱噪聲電流

總均方噪聲電流

響應(yīng)時間——光生電流脈沖前沿由最大幅度的10%上升到90％，或由后沿的90%下降到10%的時間定義為脈沖上升時間和脈沖下降時間。脈沖響應(yīng)時間為：頻率特性——當(dāng)光電二極管具有單一時間常數(shù)時，截止頻率為：[結(jié)論]：減小耗盡層寬度可以減小渡越時間，從而提高截止頻率。，但會降低量子效率。

PIN光電檢測器的一般性能

PIN光電二極管的一般性能

Si-PIN

InGaAs-PIN波長響應(yīng)0.4～1.0

1～1．6響應(yīng)度0.4(0.85μm)

0.5（1.31μm）暗電流0.1～1

2～5響應(yīng)時間

2～10

0.2～1結(jié)電容

0.5～1

1～2工作電壓/V－5～－15－5～－15三、雪崩光電檢測器APDAPD的工作原理APD的結(jié)構(gòu)APD的主要特性APD的一般性能

APD的工作原理APD是通過在其結(jié)構(gòu)中構(gòu)造一個強電場區(qū)，當(dāng)光入射到PN結(jié)后，光子被吸收產(chǎn)生電子-空穴對，這些電子-空穴對運動進(jìn)入強電場區(qū)后獲得能量做高速運動，與原子晶格產(chǎn)生碰撞電離出新的電子-空穴對，該過程反復(fù)多次后使載流子雪崩式倍增。

APD的結(jié)構(gòu)N+P+I（P）入射光電極抗反射膜PE強電場區(qū)低電場區(qū)

APD的主要特性1）

倍增因子g——定義為APD輸出光電流Io和一次光生電流IP的比值。2）

過剩噪聲因子F

——是雪崩效應(yīng)的隨機性引起噪聲增加的倍數(shù)

APD的倍增因子倍增因子g——定義為APD輸出光電流Io和一次光生電流IP的比值。過剩噪聲因子F過剩噪聲因子F

——是由于雪崩效應(yīng)的隨機性引起噪聲增加的倍數(shù)。設(shè)（x是附加噪聲指數(shù)），則APD的均方量子噪聲電流為同理，APD的均方暗電流噪聲電流為附加噪聲指數(shù)與器件所用材料和制造工藝有關(guān)，Si-APD的x=0.3～0.5,Ge-APD的x=0.8～1.0,InGaAs-APD的x=0.5～0.7。

APD光電檢測器的一般性能

Si-APD

InGaAs-APD波長響應(yīng)0.4～1.01～1．65響應(yīng)度0.5

0.5～0.7暗電流0.1～110～20響應(yīng)時間

0.2～0.50.1～0.3結(jié)電容

1～2