光检测器和光接收端机

目前的通信终端都是电子设备，因而在光通信系统的接收端必须将光信号还原为电信号，这个任务是由光接收端机完成的。光接收端机中最关键的器件就是光检测器，它将信号从光载波上解调下来，送给放大器和判决电路，经判决再生后的信号，即可送至电端机处理。

1.光检测器

光通信系统用的光检测器都是半导体光电二极管。最常用的光检测器有两类，即PIN型光电二极管（PIN－PD）和雪崩光电二极管（APD），它们的检测原理都是基于半导体PN结的光电效应，即半导体PN结区价带内电子吸收光子能量跃迁至导带，形成电子－空穴对，在外加反向电压的作用下，在外电路中形成光生电流。半导体光电二极管能工作的必要条件是光子的能量hν≥Eg。因而半导体光电二极管都有截止波长，仅当工作波长比截止波长短时，光电效应才能产生，而截止波长则由材料禁带宽度决定，即λc＝hc／Eg，这里的c是真空中的光速。

PIN型光电二极管是最常用的光检测器，它的主要参数是响应度和响应时间。响应度只的定义是单位接收光功率产生的光生电流，即

其中，Pin是照射在光电二极管光敏面上的输入光功率，IP是在外电路中形成的光电流。响应时间则主要是因半导体PN结的结电容和负载电阻构成的RC电路的时间常数τ＝RC导致的光电延迟时间，其倒数ω＝1／RC可以认为是其截止频率。显然τ（τ＝RC称时间常数）越小越好。PIN结构就是为了减小结区电容，提高响应度而设计的。

APD与PIN－PD不同，由于雪崩效应，它有内部增益，电流增益系数G视材料不同在数十到数百之间，APD由于有很高的内部增益，因而有很高的检测灵敏度，APD在产生内部增益的同时也产生了倍增噪声，同时由于APD工作时需要较高的反向电压，这增加了电路设计困难，所以在光通信系统中，PIN－PD仍是使用最多的光检测器。

2.光接收端机

光检测器产生的光生电流是很小的，必须经过放大，信号在传输过程中由于色散影响及噪声的加入，使信号产生了畸变，因而必须对数字信号进行判决再生，经判决再生后的数据流才能送给接收电端机处理。数字光接收端机的框图如图1.5.3所示。图中的前置放大器是一个低噪声放大器，主放大器产生足够的增益使信号幅度达到要求，均衡的目的是使判决电路工作在最佳状态。AGC是自动增益控制电路，它可以保证在不同的输入光功率条件下，主放大器有稳定的输出信号幅度。

光接收端机最主要的指标是接收灵敏度，也就是在给定误码率指标下，光接收端机允许的最小接收光功率。误码率决定于信噪比SNR。光接收端机的噪声主要有光检测过程的量子噪声、放大电路的热噪声、光检测器的暗电流噪声等。特定误码率指标（如10－9）条件下，光接收端灵敏度是以每个信号比特的光子数来定义的。因而若按平均功率来算，系统传输速率越高，灵敏度就越低。

图1.5.3　数字光接收端机的框图