pin光電二極管原理

pin光電二極管原理?

PIN光電二極管產(chǎn)生信號飽和現(xiàn)象的原因
我問的是:PIN光電二極管由于高能量激光輻照而產(chǎn)生的信號飽和現(xiàn)象的原理，或者說是怎樣引起的PIN光電二極管的信號飽和現(xiàn)象。這個飽和現(xiàn)象就是光能量密度高到一定程度的時候，PIN光電二極管的光生電動勢不隨光能量的上升而增加。

您好！

用光波傳輸電視信號和數(shù)據(jù)信息是20世紀末發(fā)展起來的一門新的科學(xué)技術(shù)，它的出現(xiàn)使世界信息產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展，現(xiàn)在光纖傳輸技術(shù)正以超出人們想像的速度發(fā)展，其光傳輸速度比10年前提高了100倍，在今后的發(fā)展中估計還要提高100倍左右。隨著光纖傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，在光域上可進行復(fù)用、解復(fù)用、選路、交換，網(wǎng)絡(luò)可利用光纖的巨大帶寬資源，增加網(wǎng)絡(luò)的容量，實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的“透明”傳輸。
光傳輸系統(tǒng)主要由光發(fā)射機、光接收機、光分路器和光纖電纜及其它器件組成。

一 光纖傳輸光信號的基理
光傳輸是在發(fā)送方和接收方之間以光信號形態(tài)進行傳輸?shù)募夹g(shù)。光傳輸電視信號的工作過程是在光發(fā)射機、光纖和光接收機三者之間進行的; 在中心機房的光發(fā)射機把輸入的RF電視信號變換成光信號，它由電/光變換器(Electric-Optical Transducer，E/O)完成，變換成的光信號由光纖傳輸導(dǎo)向接收設(shè)備(光接收機)接收，光接收機把從光纖中獲取的光信號變換還原成電信號。因此光傳輸信號的基理就是電/光和光/電變換的全過程，也稱為光鏈路。
目前光傳輸方式采用光強度調(diào)制。如采用激光器的光發(fā)器件發(fā)出相位一致的所謂相干光，因此采取了使發(fā)光強度整體發(fā)生變化的調(diào)制方式，它利用了輸出光功率對應(yīng)于電/光變換器輸入信號電流的變化而線性變化的特性。
在光/電變換器(Optical-Electric Transducer，O/E)中，輸出正比于輸入光信號強度的電流，光/電變換器的輸出電流波形因而與電/光變換器輸入電流波形相似，達到了信號傳輸?shù)哪康摹?
那么，光纖又是如何導(dǎo)向光信號的呢？目前有線電視系統(tǒng)使用的光纖是圓柱體的光纖，它由光纖圓柱體和包層組成，是石英玻璃材料。包層起著把光嚴密地封閉在光纖內(nèi)的作用，保護纖芯，增強光纖本身的強度。而纖芯的作用是傳輸光信號。纖芯和包層雖然都是石英玻璃材料生產(chǎn)而成，但在生產(chǎn)時對兩者的摻雜成份有區(qū)別，因而導(dǎo)致了所產(chǎn)生的折射率大小不同(纖芯為1.463~ 1.467，包層為1.45~1.46)，當然也與所采用的材料不同有關(guān)。當激光器發(fā)射的光源進入纖芯后，光入射到包層界面時，只要入射角大于臨界角，就會在纖芯內(nèi)產(chǎn)生全反射，光不會漏射到包層中，這樣聚入到纖芯內(nèi)的光信號就會不間斷地傳播下去，直到導(dǎo)向光接收機為止。這個過程就是光信號在光纖中傳輸?shù)幕怼?

二 光傳輸中產(chǎn)生的失真
光在光纖中傳輸時，也會產(chǎn)生一些失真，產(chǎn)生失真的原因有以下幾點:
(1)在光纖傳輸系統(tǒng)中，由于半導(dǎo)體激光器的電/光轉(zhuǎn)換特性的非線性，使輸出的光信號與激勵電流的變化不一致導(dǎo)致了失真，它稱為調(diào)制失真。調(diào)制指數(shù)M值不允許太大，選擇高性能、預(yù)失真處理技術(shù)強的光發(fā)射機很有必要，預(yù)失真處理技術(shù)是利用人為的設(shè)計產(chǎn)生預(yù)失真改善調(diào)制線性，達到消除和減輕光纖傳輸系統(tǒng)中CSO與CTB的目的。
(2)在光傳輸系統(tǒng)中，由于驅(qū)動RF放大器和接收RF放大器產(chǎn)生失真的機會很小，線性PIN光電二極管因信號電平不太高，產(chǎn)生的微小失真可不計，而它的主要原因來自于半導(dǎo)體激光器調(diào)制特性的失真和光纖的色散。
(3)激光器在光強度調(diào)制時，光的波長會發(fā)生變化，出現(xiàn)附加頻率調(diào)制，使信號頻率展寬，出現(xiàn)啁啾效應(yīng) ，主要表現(xiàn)為CSO失真。
(4)光纖的色散特性會使不同波長的群時延發(fā)生差異，形成到達終端的時間會先后不一致所引起的失真，主要是CSO失真。
在光纖傳輸系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真主要是CSO失真，而CTB失真的程度遠比CSO失真小，為了確保系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，使系統(tǒng)載噪比和失真性能處于合理的范圍之內(nèi)，采取的措施一般利用CNR指標來平衡CSO、CTB指標。如果增加或者減小CNR值1dB，那么CSO就會惡化或者改善1dB，CTB指標就會惡化或者改善2dB。

三 光發(fā)射機的工作原理
光發(fā)射機中最重要的光器件就是半導(dǎo)體激光器，實際上它是一只激光二極管(Laser Diode，LD)，當然也有不使用激光二極管，而是使用半導(dǎo)體發(fā)光二級管(Light Emitting Diode，LED)的。
1310nm光發(fā)射機一般采用直接調(diào)制方式(殘留邊帶—幅度調(diào)制，VSB-AM方式)，它的功能是把電信號轉(zhuǎn)換成光信號，它通過外部電路改變注入激光器的電源來實現(xiàn)。它設(shè)置的偏置電路能為激光器提供最佳偏置工作電源，偏置電流不同，激光器就會有不同的功率輸出，為確保穩(wěn)定的輸出光功率，應(yīng)設(shè)計光功率和激光器溫度的自動控制電路，如采用微電腦達到自動控制光發(fā)射機的最佳工作狀態(tài)。
激光器正在廣泛地用作光振蕩器(即發(fā)光器件)，它是依靠本身所成的激光器媒質(zhì)材料的能量狀態(tài)與光的相互作用工作。
為使激光器工作，必須有一定大小的電流，這一電流的大小與光強度之間有一定關(guān)系，當增加電流時，光的強度急劇增加，這一點說明激光器已開始工作，這個使激光器開始工作的電流叫門限電流，它越小越好，因為這已經(jīng)能使激光器開始工作，如再繼續(xù)增加門限電流，就會形成輸出的飽和區(qū)，飽和區(qū)的電流達到一定值后，就會使傳輸信號的質(zhì)量下降甚至損壞激光二極管，對于光纖傳輸所需功率來講，在線性區(qū)域有數(shù)兆瓦的輸出功率滿足遠距離傳輸信號和信息的要求。光的傳輸質(zhì)量除光強的量以外，還與光譜和噪聲等問題有一定關(guān)系。
多波長的光譜對高質(zhì)量的模擬信號的傳輸是不太適合的，即使以單模方式來工作，它的發(fā)光譜線也有寬度，寬度越窄，光波變得越純，越會成為時間相干，即相干性好的光波。相干性好的光波不需用透鏡和其它器件將它會聚成小的光點，也越適合光纖的入射。

四 光接收機的工作原理
光接收機的主要部件是光檢測器，也就是高靈敏度的光電二極管(PIN)，光電二極管利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)完成對光信號的檢測工作，使光信號還原成RF電視信號，然后對RF信號進行放大，以及AGC電平控制等處理后輸出合格的RF信號供網(wǎng)絡(luò)分配。
光接收機的主要技術(shù)是C/N、C/CTB、C/CSO。這三大技術(shù)指標又都是由光電轉(zhuǎn)換模塊的性能所確定，在相同光功率輸入的情況下，轉(zhuǎn)換輸出的RF電平就有大小之分，當光電模塊轉(zhuǎn)換效率高時，它的輸出電平高，所帶來的C/N值指標也好，反之，C/N值指標變差。而C/CSO、C/CTB兩項技術(shù)指標由光電模塊的線性度而定，高質(zhì)量的光電模塊在C/CSO、C/CTB指標相同的情況下，允許更寬的接收功率范圍。

五 光器件的發(fā)展前景
隨著寬帶網(wǎng)的光纖傳輸技術(shù)不斷更新，多功能業(yè)務(wù)的不斷完善，對光器件和光纖的傳輸特性的要求越來越高，光纖取代銅線的時代終究要來臨，隨著信息時代腳步聲的來臨，光傳輸技術(shù)的發(fā)展前景非常廣闊。