5.1.3雪崩光电二极管（APD）1.雪崩光电二极管的结构当耗尽区中的场强达到足够高时，入射光产生的电子或空穴将不断被加速而获得很高的能量，这些高能量的电子和空穴在运动过程中与晶格碰撞，使晶体中的原子电离，激发出新的电子—空穴对。这些碰撞电离产生的电子和空穴在场中也被加速，也可以电离其它的原子。经过多次电离后，载流子迅速增加，形成雪崩倍增效应。APD就是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增的高灵敏度的检测器。第31页，共61页，星期日，2025年，2月5日图5.8为一种被称为拉通型APD（RAPD）的结构。π层为低掺杂区（接近本征态），而且很宽。当偏压加达到一定程度后，耗尽区将被拉通到π层，一直抵达P+层。这是一种全耗尽型结构，具有光电转换效率高、响应速度快和附加噪声低等优点。第32页，共61页，星期日，2025年，2月5日图5.8一种称为拉通型APD(RAPD)的结构图(a)RAPD的结构示意图;(b)场分布示意图第33页，共61页，星期日，2025年，2月5日2.雪崩光电二极管的特性与PIN相比，雪崩光电二极管的主要特性也包括波长响应范围、量子效率、响应度、响应速度等。除此之外，由于APD中雪崩倍增效应的存在，APD的特性还包括雪崩倍增特性、倍增噪声、温度特性等。1)倍增因子定义倍增因子g为APD输出光电流Io和一次光生电流Ip的比值:(5.13)第34页，共61页，星期日，2025年，2月5日g值随反向偏压、波长和温度而变化。显然，APD的响应度比PIN增加了g倍。现在APD的g值已达到几十甚至上百。第35页，共61页，星期日，2025年，2月5日2)噪声特性APD中的噪声除了量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声之外，还有附加的倍增噪声。雪崩倍增效应不仅对信号电流有放大作用，而且对噪声电流也有放大作用。同时雪崩效应产生的载流子也是随机的，所以会引入新的噪声成分。用附加噪声因子F(大于1）可描述雪崩效应的随机性所引起的噪声增加的倍数。通常附加噪声因子可表示为F=gx(5.14)第36页，共61页，星期日，2025年，2月5日式中，x称为附加噪声指数，反映了不同材料的APD的附加噪声的大小。对于Si，x=0.3~0.5；对于Ge，x=0.6~1.0；对于InGaAsP，x=0.5~0.7。第37页，共61页，星期日，2025年，2月5日APD中表面漏电流不被倍增，热噪声与PIN的特性相同。量子噪声为暗电流噪声为(5.15)(5.16)第38页，共61页，星期日，2025年，2月5日3)温度特性当温度变化时，原子的热运动状态发生变化，从而引起电子、空穴电离系数的变化，使得APD的增益也随温度而变化。随着温度的升高，倍增增益下降。为保持稳定的增益，需要在温度变化的情况下进行温度补偿。第39页，共61页，星期日，2025年，2月5日5.2数字光接收机5.2.1数字光接收机的组成数字光接收机的组成如图5.9所示，主要包括光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制（AGC）电路等。第40页，共61页，星期日，2025年，2月5日图5.9数字光接收机组成框图第41页，共61页，星期日，2025年，2月5日前置放大器是低噪声放大器，它的噪声对光接收机的灵敏度影响很大。前置放大器的噪声取决于放大器的类型。主放大器一般是多级放大器，它的作用是提供足够的增益，并通过它实现自动增益控制（AGC），以使输入光信号在一定范围内变化时，输出电信号保持恒定不变。主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。第42页，共61页，星期日，2025年，2月5日均衡器的目的是对经光纤传输、光／电转换和放大后已产生畸变（失真）的电信号进行补偿，使输出信号的波形适合于判决（一般用具有升余弦谱的码元脉冲波形），以消除码间干扰，减小误码率。再生电路包括判决电路和时钟提取电路，它的功能是从放大器输出的信号