光纤通信原理
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光子流
光检测器
hυ
偏置电阻 RL
•量子噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
放大器
•放大器噪声
漏电流噪声：当光检测器表面物理状态不完善和加有偏 置电压时，会引起很小的漏电流噪声，但这种噪声并非 本征性噪声，可通过光检测器的合理设计，良好的结构 和严格的工艺降低。
接收机噪声及其分布图：
2、过剩噪声因子F
在APD中，每个光生载流子不会经历相同的倍增过程， 具有随机性，这将导致倍增增益的波动，这种波动是额外 的倍增噪声的主要根源。通常用过剩噪声因子F来表征这 种倍增噪声。F又可近似表为：F＝Mx
x被称为过剩噪声指数。
光检测器的比较
Si、Ge、InGaAs pin光电二极管的通用工作特性参数
光信号 光光电电 变变换换
前前置置 放放大大
主主放放 大大器器
均均衡衡 滤滤波波
判判 输出 决决 器器
AAGGCC电电路路
时时钟钟恢恢复复
前端
性能指标:接收灵敏度、 误码率或信噪比
线性通道
时钟提取与数据再生 （CDR）
对信号进行高增益放大与整形，提高 信噪比，减少误码率。
1 光电检测器 2 光接收机 3 光接收机的噪声特性 4 光接收机的灵敏度 5 光接收机的性能评估
噪声引起误码 的图解说明
•二进制信号的误码概率
η = 产ٛٛ生ٛٛ的ٛٛ电ٛٛ子ٛ－空穴对的个数 = I p q
入射的光子数
Pin h ν
在光电二极管的应用中，100个光子会产生30到95个电 子－空穴对，因此检测器的量子效率范围为30%~95%。 为了得到较高的量子效率，必须加大耗尽区的厚度，使 得可以吸收大部分的光子。但是，耗尽区越厚，光生载 流子漂移渡越(across)反向偏置结的时间就越长。由于 载流子的漂移时间又决定了光电二极管的响应速度，所 以必须在响应速度和量子效率之间采取折衷。
PIN光电二极管
双异质结结构：
N区和P区：InP，对 λ>920nm的光透明；
I区: InGaAs； λ=1300~1600nm 强烈吸收
PIN研究重点是合理的耗 尽区宽度，在速度灵敏度 间平衡；扩大带宽，提高 量子效率
InGaAs PIN 光电二极管的结构
• 量子效率
入射光功率Pin中含有大量光子，能转换为光电流 的光子数和入射总光子数之比称为量子效率.
接收机噪声及其分布图：
光子流
光检测器
hυ
偏置电阻 RL
•量子噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
放大器
•放大器噪声
暗电流噪声：当没有光信号照射光检测器时，外界的一 些杂散光或热运动也会产生一些电子——空穴对，光检 测器还会产生一些电流，这种残留电流称为暗电流。
接收机噪声及其分布图：
APD检测器与PIN检测器相比，具有载流子倍增 效应，其探测灵敏度特别高，但需要较高的偏置 电压和温度补偿电路。要视具体应用场合而选定。
光接收机
光信号 光光电电 变变换换
前前置置 放放大大
主主放放 均均衡衡 大大器器 滤滤波波
判判 输出 决决 器器
AAGGCC电电路路
来自百度文库
时时钟钟恢恢复复
前端
性能指标:接收灵敏度、 误码率或信噪比
光电检测器
光电转换器件 要求: 高效率、低噪声、宽带
入射光
原理：光吸收
半导体
在半导体材料上，当入射光子能量hν超过带隙能量时，每
当一个光子被半导体吸收就产生一个电子—空穴对。在外
加电压建立的电场作用下，电子和空穴就在半导体中渡越 并形成电流流动，称为光电流，其电流大小Ip与入射光功率 Pin成比例：
判决再生与时钟提取
任务：把线性通道输出的升余弦波形恢复成数字信号
为确定是“1”或是 “0”，需要对某时隙的
码元作出判决。若判 决结果为“1”，则由再
生电路产生一个矩形 “1”脉冲；若判决结果 为“0”，则由再生电路 重新输入一个“0”。
判判 输出 决决 器器
时时钟钟恢恢复复
为了精确地确定“判决时 刻”，需要从信号码流中提 取准确的时钟信息作为标 定，以保证与发送端一致。
光子流
光检测器
hυ
偏置电阻 RL
•量子噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
放大器
•放大器噪声
APD倍增噪声：当使用雪崩光电二极管时，倍增过程的 随机特性产生附加的噪声。
接收机噪声及其分布图：
光子流
光检测器
hυ
偏置电阻 RL
•量子噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
光检测器
hυ
偏置电阻 RL
放大器
•量子噪声
散粒噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
•放大器噪声
接收机噪声及其分布图：
光子流
光检测器
hυ
偏置电阻 RL
•量子噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
放大器
•放大器噪声
量子噪声的产生是由于光信号入射到光检测器上 时，光电子的产生和收集过程具有统计特性(泊松分 布)。光电效应产生的光生载流子数是随机起伏的， 这是光检测过程的基本特性，从而使当其他条件都 达到最佳化时，接收机灵敏度具有一个最低极限。
PIN光电二极管
在PN结间插入一层非掺杂或轻掺杂半导体材料，以增大耗 尽区宽度w，达到减小扩散运动的影响，提高响应度的要 求。由于PN结中间插入的半导体材料近似为本征半导体 (Intrinsic)，因此这种结构称为PIN光电二极管。
I区高阻抗,电压 基本都落在I区
PIN光电二极管及反偏时各层的场分布
参数 符号 单位
Si
Ge
InGaAs
波长范围 λ
nm 400~1100 800~1650 1100~1700
响应度
R
A/W 0.4~0.6 0.4~0.5 0.75~0.95
暗电流
ID
nA
1~10
50~500 0.5~2.0
上升时间 τr
ns
0.5~1.0 0.1~0.5 0.05~0.5
带宽
B
GHz 0.3~0.7 0.5~3.0 1.0~2.0
线性通道
时钟提取与数据再生 （CDR）
对信号进行高增益放大与整 形，提高信噪比，减少误码率。
光接收机的前端
光信号 光光电电 变变换换
前前置置 电信号 放放大大
前端：由光电二极管和前置放大器组成。
作用：将耦合入光电检测器的光信号转换为时变 电流，然后进行预放大（电流－电压转换），以便 后级作进一步处理。是光接收机的核心。
耗尽层仍为I 层，起产生一 次电子－空穴 对的作用。
增加了一个附加 层，倍增区或增 益区，以实现碰 撞电离产生二次 电子－空穴对。
APD倍增系数与过剩噪声因子
1、倍增系数 M = Ip / I0 IP--平均输出电流， I0--一次光生电流
IP ＝M I0 ＝MRPin 倍增系数M与电离系数及增益区厚度有关。
前置放大器的主要作用是保持探测的电信号不失 真地放大和保证噪声最小，一般采用场效应晶体 管(FET)。PIN/FET和APD/FET。
根据不同的应用要求，前端的设计有三种不同的方案： Z 低阻抗前端 Z 高阻抗前端 Z 跨（互）阻抗前端
低阻抗前端 光接收机前端的等效电路
从频带要求出发选择 偏置电阻RL 优点：电路简单，不 需要或只需要很少的 均衡，动态范围较大 缺点：灵敏度低，噪 声较高
高阻抗前端 跨阻抗前端
尽量加大偏置电阻，把噪声 减至尽可能小的值 优点：噪声较低 缺点：动态范围小、高频分 量损失太大,对均衡电路提出 很高要求. 多用于低速系统.
电压并联负反馈放大器（电 流-电压转换器）
优点：宽频带（等效输入电 阻很小）、低噪声（反馈电 阻可以取得很大）、灵敏度 高、动态范围大等综合优 点，被广泛采用。
光纤通信原理第六讲
光电检测器与光接收机
驱动电路
光源
调制器
光纤
中继器
光纤
光电二 极管
放大器 判决器
光光接接收收机机
光光接接收收机机是是光光纤纤通通信信系系统统的的重重要要组组成成 部部分分，，其其作作用用是是将将光光信信号号转转换换回回电电信信 号号，，恢恢复复光光载载波波所所携携带带的的原原信信号号。。
光电二极管
带宽受限的主要因素: 产生的光电流中存在扩 散分量，它与耗尽区外 的光吸收有关。载流子 作扩散运动的时延将使 检测器输出电流脉冲后 沿的拖尾加长，影响光 电二极管的响应速度。
扩散分量的存在 导致光电二极管
瞬态响应失真
考虑漂移和扩散运动时PN光电二极管对矩形脉冲的响应
解决方法：减小P,N区厚度，增加耗尽区的宽 度，使大部分入射光功率在耗尽区吸收，减少 P,N区吸收的光能--PIN
光接收机的线性通道 对主放输出的失
提供高的增 益，放大到 适合于判决 电路的电平。
主主放放 大大器器
均均衡衡 滤滤波波
AAGGCC电电路路
真数字脉冲进行 整形，使之成为 有利于判决码间 干扰最小的升余 弦波形。
可根据输入信号（平均值）大小自动调整放 大器增益，使输出信号保持恒定。用以扩大 接收机的动态范围。
要求：低噪声、高灵敏度、足够的带宽
光检测器的选择：要视具体应用场合而定。
Z PIN光电二极管具有良好的光电转换线性度，不需要高 的工作电压，响应速度快。
Z APD最大的优点是它具有载流子倍增效应，其探测灵 敏度特别高，但需要较高的偏置电压和温度补偿电路。
Z 从简化接收机电路考虑，一般情况下多喜欢采用PIN光 电二极管作光探测器。
偏置电压 VB
V
5
5~10
5
Si、Ge、InGaAs 雪崩光电二极管的通用工作特性参数
参数 符号
波长范围 λ
雪崩增益 M
暗电流
ID
上升时间 τr 增益带宽积 M•B 偏置电压 VB
单位 nm —— nA
ns GHz
V
Si
Ge
InGaAs
400~1100 800~1650 1100~1700
20~400
雪崩光电二极管APDAvalanche Photo Diode
• PIN:1个光子最多产生一对电子-空穴对,无增益 • APD:利用电离碰撞, 1个光子产生多对电子-空穴对,有增益 • 工作过程：
入射光-吸---收---一对电子-空穴对(一次光生电流)-外--电---场--加---速--与晶格碰撞电离---------多对电子-空穴对(二次光生电流）
放大器
•放大器噪声
热噪声：是在有限温度下，导电媒质内自由电子和振动 离子间热相互作用引起的一种随机脉动。
光接收机的灵敏度
接收灵敏度：接收机工作于某一误码率所要求的 最小平均接收光功率。灵敏度是光接收机的重要 指标，描述了其准确检测光信号的能力。
误码率（BER）： 接收机判决电路 错误确定一个比 特的概率。
λC (μ m ) =
hc Eg
=
1 . 24 E g ( eV
)
在短波长段，材料的吸收 吸收系数变得很大，因此 光子在接近光检测器的表 面就被吸收了，电子－空 穴对的寿命极短，结果载 流子在由光检测器电路收 集以前就已经复合了。
Si：λC=1.06μm，使用范围：0.5~1.0 μm Ge： λC=1.6μm，使用范围：1.1~1.6 μm InGaAs： λC=1.6μm，使用范围：1.1~1.6 μm
• 光谱响应
对一给定的探测区材料就有一个能够探测的最低 频率或最大波长，而对波长大于这个极限波长的 光波就不能被探测到。
光子能量hυ大于半导体材料的禁带宽度Eg时，价
带上的电子可以吸收光子而跃迁到导带，否则不 论入射光多强，光电效应都不会发生。所以，任 何一种材料制作的光电二极管都有上截止波长λC：
50~200
10~40
0.1~1 0.1~2
50~500 0.5~0.8
10~50
@M=10
0.1~0.5
100~400
2~10
20~250
150~400
20~40
20~30
在短距离的应用中，工作在850nm的Si器件对于 大多数链路是个相对比较廉价的解决方案。
在长距离的链路常常需要工作在1330nm和 1550nm窗口，所以常用基于InGaAs的器件。
• 判决、再生过程
判决电压 均衡器输 出波形
时钟
再生后 的信号
最佳取样时间相应于“1”和“0”信号电平 相差最大的位置，可有眼图决定。
光接收机的噪声特性
光接收机的噪声将影响信噪比SNR和通信质量。 主要来自光电探测器和前置放大器的噪声。分 为两类：散粒噪声和热噪声。
接收机噪声及其分布图：
光子流
I = RP p
in R—光电检测器的响应度（A/W）
光电二极管
•工作原理：入射光从P侧 进入，在耗尽区光吸收产 生的电子－空穴对在内建 电场作用下分别向左右两 侧运动，产生光电流。
响应时间：由光功率输入转化 为光电流输出，有一定时间迟 后，其值主要决定于载流子通 过耗尽区的渡越时间。
τr = w vs
光检测器
hυ
偏置电阻 RL
•量子噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
放大器
•放大器噪声
漏电流噪声：当光检测器表面物理状态不完善和加有偏 置电压时，会引起很小的漏电流噪声，但这种噪声并非 本征性噪声，可通过光检测器的合理设计，良好的结构 和严格的工艺降低。
接收机噪声及其分布图：
2、过剩噪声因子F
在APD中，每个光生载流子不会经历相同的倍增过程， 具有随机性，这将导致倍增增益的波动，这种波动是额外 的倍增噪声的主要根源。通常用过剩噪声因子F来表征这 种倍增噪声。F又可近似表为：F＝Mx
x被称为过剩噪声指数。
光检测器的比较
Si、Ge、InGaAs pin光电二极管的通用工作特性参数
光信号 光光电电 变变换换
前前置置 放放大大
主主放放 大大器器
均均衡衡 滤滤波波
判判 输出 决决 器器
AAGGCC电电路路
时时钟钟恢恢复复
前端
性能指标:接收灵敏度、 误码率或信噪比
线性通道
时钟提取与数据再生 （CDR）
对信号进行高增益放大与整形，提高 信噪比，减少误码率。
1 光电检测器 2 光接收机 3 光接收机的噪声特性 4 光接收机的灵敏度 5 光接收机的性能评估
噪声引起误码 的图解说明
•二进制信号的误码概率
η = 产ٛٛ生ٛٛ的ٛٛ电ٛٛ子ٛ－空穴对的个数 = I p q
入射的光子数
Pin h ν
在光电二极管的应用中，100个光子会产生30到95个电 子－空穴对，因此检测器的量子效率范围为30%~95%。 为了得到较高的量子效率，必须加大耗尽区的厚度，使 得可以吸收大部分的光子。但是，耗尽区越厚，光生载 流子漂移渡越(across)反向偏置结的时间就越长。由于 载流子的漂移时间又决定了光电二极管的响应速度，所 以必须在响应速度和量子效率之间采取折衷。
PIN光电二极管
双异质结结构：
N区和P区：InP，对 λ>920nm的光透明；
I区: InGaAs； λ=1300~1600nm 强烈吸收
PIN研究重点是合理的耗 尽区宽度，在速度灵敏度 间平衡；扩大带宽，提高 量子效率
InGaAs PIN 光电二极管的结构
• 量子效率
入射光功率Pin中含有大量光子，能转换为光电流 的光子数和入射总光子数之比称为量子效率.
接收机噪声及其分布图：
光子流
光检测器
hυ
偏置电阻 RL
•量子噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
放大器
•放大器噪声
暗电流噪声：当没有光信号照射光检测器时，外界的一 些杂散光或热运动也会产生一些电子——空穴对，光检 测器还会产生一些电流，这种残留电流称为暗电流。
接收机噪声及其分布图：
APD检测器与PIN检测器相比，具有载流子倍增 效应，其探测灵敏度特别高，但需要较高的偏置 电压和温度补偿电路。要视具体应用场合而选定。
光接收机
光信号 光光电电 变变换换
前前置置 放放大大
主主放放 均均衡衡 大大器器 滤滤波波
判判 输出 决决 器器
AAGGCC电电路路
来自百度文库
时时钟钟恢恢复复
前端
性能指标:接收灵敏度、 误码率或信噪比
光电检测器
光电转换器件 要求: 高效率、低噪声、宽带
入射光
原理：光吸收
半导体
在半导体材料上，当入射光子能量hν超过带隙能量时，每
当一个光子被半导体吸收就产生一个电子—空穴对。在外
加电压建立的电场作用下，电子和空穴就在半导体中渡越 并形成电流流动，称为光电流，其电流大小Ip与入射光功率 Pin成比例：
判决再生与时钟提取
任务：把线性通道输出的升余弦波形恢复成数字信号
为确定是“1”或是 “0”，需要对某时隙的
码元作出判决。若判 决结果为“1”，则由再
生电路产生一个矩形 “1”脉冲；若判决结果 为“0”，则由再生电路 重新输入一个“0”。
判判 输出 决决 器器
时时钟钟恢恢复复
为了精确地确定“判决时 刻”，需要从信号码流中提 取准确的时钟信息作为标 定，以保证与发送端一致。
光子流
光检测器
hυ
偏置电阻 RL
•量子噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
放大器
•放大器噪声
APD倍增噪声：当使用雪崩光电二极管时，倍增过程的 随机特性产生附加的噪声。
接收机噪声及其分布图：
光子流
光检测器
hυ
偏置电阻 RL
•量子噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
光检测器
hυ
偏置电阻 RL
放大器
•量子噪声
散粒噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
•放大器噪声
接收机噪声及其分布图：
光子流
光检测器
hυ
偏置电阻 RL
•量子噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
放大器
•放大器噪声
量子噪声的产生是由于光信号入射到光检测器上 时，光电子的产生和收集过程具有统计特性(泊松分 布)。光电效应产生的光生载流子数是随机起伏的， 这是光检测过程的基本特性，从而使当其他条件都 达到最佳化时，接收机灵敏度具有一个最低极限。
PIN光电二极管
在PN结间插入一层非掺杂或轻掺杂半导体材料，以增大耗 尽区宽度w，达到减小扩散运动的影响，提高响应度的要 求。由于PN结中间插入的半导体材料近似为本征半导体 (Intrinsic)，因此这种结构称为PIN光电二极管。
I区高阻抗,电压 基本都落在I区
PIN光电二极管及反偏时各层的场分布
参数 符号 单位
Si
Ge
InGaAs
波长范围 λ
nm 400~1100 800~1650 1100~1700
响应度
R
A/W 0.4~0.6 0.4~0.5 0.75~0.95
暗电流
ID
nA
1~10
50~500 0.5~2.0
上升时间 τr
ns
0.5~1.0 0.1~0.5 0.05~0.5
带宽
B
GHz 0.3~0.7 0.5~3.0 1.0~2.0
线性通道
时钟提取与数据再生 （CDR）
对信号进行高增益放大与整 形，提高信噪比，减少误码率。
光接收机的前端
光信号 光光电电 变变换换
前前置置 电信号 放放大大
前端：由光电二极管和前置放大器组成。
作用：将耦合入光电检测器的光信号转换为时变 电流，然后进行预放大（电流－电压转换），以便 后级作进一步处理。是光接收机的核心。
耗尽层仍为I 层，起产生一 次电子－空穴 对的作用。
增加了一个附加 层，倍增区或增 益区，以实现碰 撞电离产生二次 电子－空穴对。
APD倍增系数与过剩噪声因子
1、倍增系数 M = Ip / I0 IP--平均输出电流， I0--一次光生电流
IP ＝M I0 ＝MRPin 倍增系数M与电离系数及增益区厚度有关。
前置放大器的主要作用是保持探测的电信号不失 真地放大和保证噪声最小，一般采用场效应晶体 管(FET)。PIN/FET和APD/FET。
根据不同的应用要求，前端的设计有三种不同的方案： Z 低阻抗前端 Z 高阻抗前端 Z 跨（互）阻抗前端
低阻抗前端 光接收机前端的等效电路
从频带要求出发选择 偏置电阻RL 优点：电路简单，不 需要或只需要很少的 均衡，动态范围较大 缺点：灵敏度低，噪 声较高
高阻抗前端 跨阻抗前端
尽量加大偏置电阻，把噪声 减至尽可能小的值 优点：噪声较低 缺点：动态范围小、高频分 量损失太大,对均衡电路提出 很高要求. 多用于低速系统.
电压并联负反馈放大器（电 流-电压转换器）
优点：宽频带（等效输入电 阻很小）、低噪声（反馈电 阻可以取得很大）、灵敏度 高、动态范围大等综合优 点，被广泛采用。
光纤通信原理第六讲
光电检测器与光接收机
驱动电路
光源
调制器
光纤
中继器
光纤
光电二 极管
放大器 判决器
光光接接收收机机
光光接接收收机机是是光光纤纤通通信信系系统统的的重重要要组组成成 部部分分，，其其作作用用是是将将光光信信号号转转换换回回电电信信 号号，，恢恢复复光光载载波波所所携携带带的的原原信信号号。。
光电二极管
带宽受限的主要因素: 产生的光电流中存在扩 散分量，它与耗尽区外 的光吸收有关。载流子 作扩散运动的时延将使 检测器输出电流脉冲后 沿的拖尾加长，影响光 电二极管的响应速度。
扩散分量的存在 导致光电二极管
瞬态响应失真
考虑漂移和扩散运动时PN光电二极管对矩形脉冲的响应
解决方法：减小P,N区厚度，增加耗尽区的宽 度，使大部分入射光功率在耗尽区吸收，减少 P,N区吸收的光能--PIN
光接收机的线性通道 对主放输出的失
提供高的增 益，放大到 适合于判决 电路的电平。
主主放放 大大器器
均均衡衡 滤滤波波
AAGGCC电电路路
真数字脉冲进行 整形，使之成为 有利于判决码间 干扰最小的升余 弦波形。
可根据输入信号（平均值）大小自动调整放 大器增益，使输出信号保持恒定。用以扩大 接收机的动态范围。
要求：低噪声、高灵敏度、足够的带宽
光检测器的选择：要视具体应用场合而定。
Z PIN光电二极管具有良好的光电转换线性度，不需要高 的工作电压，响应速度快。
Z APD最大的优点是它具有载流子倍增效应，其探测灵 敏度特别高，但需要较高的偏置电压和温度补偿电路。
Z 从简化接收机电路考虑，一般情况下多喜欢采用PIN光 电二极管作光探测器。
偏置电压 VB
V
5
5~10
5
Si、Ge、InGaAs 雪崩光电二极管的通用工作特性参数
参数 符号
波长范围 λ
雪崩增益 M
暗电流
ID
上升时间 τr 增益带宽积 M•B 偏置电压 VB
单位 nm —— nA
ns GHz
V
Si
Ge
InGaAs
400~1100 800~1650 1100~1700
20~400
雪崩光电二极管APDAvalanche Photo Diode
• PIN:1个光子最多产生一对电子-空穴对,无增益 • APD:利用电离碰撞, 1个光子产生多对电子-空穴对,有增益 • 工作过程：
入射光-吸---收---一对电子-空穴对(一次光生电流)-外--电---场--加---速--与晶格碰撞电离---------多对电子-空穴对(二次光生电流）
放大器
•放大器噪声
热噪声：是在有限温度下，导电媒质内自由电子和振动 离子间热相互作用引起的一种随机脉动。
光接收机的灵敏度
接收灵敏度：接收机工作于某一误码率所要求的 最小平均接收光功率。灵敏度是光接收机的重要 指标，描述了其准确检测光信号的能力。
误码率（BER）： 接收机判决电路 错误确定一个比 特的概率。
λC (μ m ) =
hc Eg
=
1 . 24 E g ( eV
)
在短波长段，材料的吸收 吸收系数变得很大，因此 光子在接近光检测器的表 面就被吸收了，电子－空 穴对的寿命极短，结果载 流子在由光检测器电路收 集以前就已经复合了。
Si：λC=1.06μm，使用范围：0.5~1.0 μm Ge： λC=1.6μm，使用范围：1.1~1.6 μm InGaAs： λC=1.6μm，使用范围：1.1~1.6 μm
• 光谱响应
对一给定的探测区材料就有一个能够探测的最低 频率或最大波长，而对波长大于这个极限波长的 光波就不能被探测到。
光子能量hυ大于半导体材料的禁带宽度Eg时，价
带上的电子可以吸收光子而跃迁到导带，否则不 论入射光多强，光电效应都不会发生。所以，任 何一种材料制作的光电二极管都有上截止波长λC：
50~200
10~40
0.1~1 0.1~2
50~500 0.5~0.8
10~50
@M=10
0.1~0.5
100~400
2~10
20~250
150~400
20~40
20~30
在短距离的应用中，工作在850nm的Si器件对于 大多数链路是个相对比较廉价的解决方案。
在长距离的链路常常需要工作在1330nm和 1550nm窗口，所以常用基于InGaAs的器件。
• 判决、再生过程
判决电压 均衡器输 出波形
时钟
再生后 的信号
最佳取样时间相应于“1”和“0”信号电平 相差最大的位置，可有眼图决定。
光接收机的噪声特性
光接收机的噪声将影响信噪比SNR和通信质量。 主要来自光电探测器和前置放大器的噪声。分 为两类：散粒噪声和热噪声。
接收机噪声及其分布图：
光子流
I = RP p
in R—光电检测器的响应度（A/W）
光电二极管
•工作原理：入射光从P侧 进入，在耗尽区光吸收产 生的电子－空穴对在内建 电场作用下分别向左右两 侧运动，产生光电流。
响应时间：由光功率输入转化 为光电流输出，有一定时间迟 后，其值主要决定于载流子通 过耗尽区的渡越时间。
τr = w vs