光接收器件介绍
光接收器件介绍

光接收器件即光检测器，作用是将光纤输出的光信号转换为电信号。对光检测器要求：

①在工作波长范围光电转换效率高；

②检测过程引入的附加噪声尽可能小；

③响度速度快、线性好、频带宽；

④高可靠性，长寿命，尺寸与光纤直径相配，工作电压低。

常见的光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD(avalanchephotodiode）以及由二者为核心派生出来的组件。

1.PIN光电二极管

PIN光电二极管是在PN结的P型层和N型层之间夹了一层本征半导体semiconductor)，形成P-I-N结构而得名，如图12.1所示：





如图12.1所示，处于反偏状态的器件，电源在PN结形成的电场E与内建电场Ei同方向，使耗尽区加宽。当光波注入时，能在较宽的范围内激发出载流子，由于i区有电场，光生载流子以较快的漂移速度向电极移动，形成外部电流：






2 APD雪崩二极管

当耗尽区中的场强达到足够大（~3*1O^5V/cm）时，光生载流子将被加速到很高的速度，在运动过程中与晶格中的原子碰撞时会使之电离，产生额外的电子空穴对。这些新生电子和空穴也被加速，发生新的碰撞和电离，产生更多的电子一空穴对。这个物理过程称为雪崩效应，它倍增 了一次光电流，使之得到放大。由于倍增过程是随机产生的，倍增增益就取统计平均值。＜g>=G。倍增增益与许多因素有关，如载流子电

离系数，雪崩区的宽度以及反向偏压的高低等。










3. PIN-FET(PIN-TIA)

单个光电二极管作为接收器件使用常常很难实现高灵敏度，在要求高的场合经常将其与前端放大器集成在一个单片电路上并用金属屏蔽体密封。在高阻抗设计中，由于场效应管FET输入阻抗高，常被选为前端晶体管，与PIN管构成所谓的PIN-FET器件。图12.4是一种常见PIN-FET组件电路，其中Rf引入了电压并联负反馈--这是跨阻放大器所需要的。



图12.4常见PIN-FET电路



图12.5所示的另一种电路没有负反馈。两种电路都使用了共源一共基结构，提供足够的放大器带宽。输出级采用射级跟随器，提高带负载能力。



与输入级不采用FET时，相应的组件就称为PIN-TIA(Trans-impedanceAlllplifier）。有一些厂家提供单独的TIA放大器，则必须配单独的PIN管使用，在电路设计时要考虑如何抗干扰。

4 .APD-FET(APD-TIA)

APD-FET和PIN-FET类似，只不过APD所需偏置电压较高，所以一般不宜采用图12.4那样的电路，宜采用图12.6那样的电路，或者带反馈的如LaserITon公司的QDAx-500，如图12.6所示。在深度负反馈（电压并联）条件下，放大器Ul的增益即为反馈电阻值4kQ。



APD-TIA的应用与PIN-TIA应用类似，由于APD的击穿电压会随温度而变化，在实际应用中对APD的偏压要进行温度补偿，多数APD组件都集成了温敏元件以便进行补偿。