第--章--通信用光器件2优秀文档.ppt

(2)光束的空间分布。在垂直于发光平面上，正面发光型LED辐射图呈朗伯分布，即P(θ)=P0cosθ，半功率点辐射角θ≈120°。侧面发光型LED，θ‖≈120°，θ⊥≈25°~35°。由于θ大，LED与光纤的耦合效率一般小于10%。(3)输出光功率特性。发光二极管实际输出的光子数远远小于有源区产生的光子数，一般外微分量子效率ηd小于10%。两种类型发光二极管的输出光功率特性示于图3.16。驱动电流I较小时，P-I曲线的线性较好；I过大时，由于PN结发热产生饱和现象，使P-I曲线的斜率减小。LED的P__I特性曲线式中，f为调制频率，P(f)为对应于调制频率f的输出光功率，τe为少数载流子(电子)的寿命。定义fc为发光二极管的截止频率，当f=fc=1/(2πτe)时，|H(fc)|=，最高调制频率应低于截止频率。图3.17发光二极管(LED)的频率响应3.1.5半导体光源一般性能和应用半导体光源的一般性能表：3.1和表3.2列出半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)的一般性能。LED通常和多模光纤耦合，用于1.3μm(或0.85μm)波长的小容量短距离系统。因为LED发光面积和光束辐射角较大，而多模SIF光纤或G.651规范的多模GIF光纤具有较大的芯径和数值孔径，有利于提高耦合效率，增加入纤功率。LD通常和或规范的单模光纤耦合，用于1.3μm或1.55μm大容量长距离系统。分布反馈激光器(DFB-LD)主要和G.653或G.654规范的单模光纤或特殊设计的单模光纤耦合，用于超大容量的新型光纤系统。表3.1半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)的一般性能但是提高反向偏压，加宽耗尽层，又会增加载流子漂移的渡越时间，使响应速度减慢。20~3030~60结电容Cj/pFPN结界面内部电场漂移运动能带倾斜所以在短波长响应度的值迅速降低。hv入射不足以激励出电子量子效率只与波长有关，而与Pin无关噪声包括散粒噪声(ShotNoise)(由信号电流和暗电流产生)热噪声(由负载电阻和后继放大器输入电阻产生)光电二极管物理原理及其参数附加噪声指数x与器件所用材料和制造工艺有关图3-22PIN光电二极管响应度、量子效应率与波长的关系PIN光电二极管的工作原理和结构见图3.38×10-23J/K为波尔兹曼常数，T为等效噪声温度，R为等效电阻，是负载电阻和放大器输入电阻并联的结果。光源组件实例3.2光检测器3.2.1光电二极管工作原理3.2.2PIN光电二极管一、工作原理和结构二、PIN光电二极管主要特性(1)量子效率和光谱特性(2)响应时间和频率特性(3)噪声3.2.3雪崩光电二极管(APD)一、工作原理和结构二、APD特性参数3.2.4光电二极管一般性能和应用〈i2q〉=2eIPBg2+x(3.(三)噪声。由式(3.F(>1)是雪崩效应的随机性引起噪声增加的倍数，设F=gx，APD的均方量子噪声电流应为式中，渡越时间τd=w/vs，w为耗尽层宽度，vs为载流子渡越速度，比例于电场强度。PIN光电二极管的产生一、工作原理和结构31.APD就是根据这种特性设计的器件。Si-APD的x=0.由电路RC时间常数限制的截止频率65A/W，如果入射光功率为10mW，则产生的光电流为：对有源区为低掺杂浓度的LED，适当增加工作电流可以缩短载流子寿命，提高截止频率。图3-22PIN光电二极管响应度、量子效应率与波长的关系中间的I层是N型掺杂浓度很低的本征半导体，用Π(N)表示；量子效率η和响应度ρ的光谱特性，由图可见，Si适用于0.3.2光检测器在耗尽层两侧是没有电场的中性区，由于热运动，部分光生电子和空穴通过扩散运动可能进入耗尽层，然后在电场作用下，形成和漂移电流相同方向的扩散电流。漂移电流分量和扩散电流分量的总和即为光生电流。当与P层和N层连接的电路开路时，便在两端产生电动势，这种效应称为光电效应。当连接的电路闭合时，N区过剩的电子通过外部电路流向P区。同样，P区的空穴流向N区，便形成了光生电流。当入射光变化时，光生电流随之作线性变化，从而把光信号转换成电信号。这种由PN结构成，在入射光作用下，由于受激吸收过程产生的电子-空穴对的运动，在闭合电路中形成光生电流的器件，就是简单的光电二极管(PD)。如图3.19(b)所示，光电二极管通常要施加适当的反向偏压，目的是增加耗尽层的宽度，缩小耗尽层两侧中性区的宽度，从而减小光生电流中的扩散分量。由于载流子扩散运动比漂移运动慢得多，所以减小扩散分量的比例便可显著提高响应速度。但是提高反向偏压，加宽耗尽层，又会增加载流子漂移的渡越时间，使响应速度减慢。为了解决这一矛盾，就需要改进PN结光电二极管的结构。3.2.2PIN光电二极管PIN光电二极管的产生由于PN结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性