
- •Лекция 18: Оптические телекоммуникационные системы
- •Фотоприемники
- •Базовые элементы оптической линии
- •Приемник: Фотодиоды
- •Приемник: Фотодиоды
- •Различные структуры фотодиодов
- •Принцип работы PIN диода
- •Основные характеристики фотодиода
- •Чувствительность фотодиода
- •Спектральные характеристики
- •Технология изготовления
- •Эквивалентная электрическая схема
- •Ёмкость фотоприемника
- •Полоса пропускания
- •Искажения сигнала
- •Темновой ток
- •Типовые характеритики фотодиодов
- •Функциональная схема фотоприемника
- •Типы фотоприемников
- •Максимальное расстояние передачи
- •Энергетический бюджет
- •Расстояние передачи
- •Зависимость от битовой скорости
- •Трансмиттер
- •Система с оптическими усилителями
- •Оптические усилители для волоконно- оптических линий связи
- •Для чего нужны оптические усилители в волоконно-оптических системах связи?
- •Идеальный оптический усилитель
- •Реальный оптический усилитель
- •Классификация оптических усилителей (по применению)
- •Классификация оптических усилителей (по принципу действия)
- •Усилители на активном волокне
- •Эрбиевый волоконный усилитель (EDFA)
- •Конфигурации EDFA
- •Выравнивание спектра (gain equalization)
- •Насыщение
- •Переходные процессы в EDFA
- •Активная компенсация
- •Noise Figure
- •Источники шумов
- •Коммерческие образцы
- •Полупроводниковый оптический усилитель (SOA)
- •Линия усиления SOA
- •Насыщение SOA
- •Динамика и переходные процессы
- •Cross Gain модуляция
- •Шумы SOA
- •Поляризационная зависимость
- •Преимущества SOA
- •SOA vs EDFA
- •Распределенные волоконные усилители. Рамановские усилители.
- •Рамановский сдвиг. ВКР.
- •Рамановский усилитель.
- •Преимущества RFA
- •Заключение
- •Устройства управления оптическими каналами
- •WDM система
- •Мультиплексоры/демультиплексоры
- •Мультиплексоры/демультиплексоры
- •Мультиплексоры/демультиплексоры
- •Мультиплексоры/демультиплексоры
- •Мультиплексоры/демультиплексоры ввода-вывода
- •OADM Illustrated
- •OADM Illustrated
- •OADM Illustrated
- •OADM Illustrated
- •OADM Illustrated
- •OADM Illustrated
- •Перестраиваемые устройства
- •Перестраиваемые устройства
- •Перестраиваемые устройства

Лекция 18: Оптические телекоммуникационные системы

Фотоприемники

Базовые элементы оптической линии
Точка – точка (Point – to – point)

Приемник: Фотодиоды

Приемник: Фотодиоды

Различные структуры фотодиодов
MSM
(Metal Semiconductor Metal)
PIN
APD
Layer Structure |
|
Features |
||
|
|
|
|
Simple, Planar, |
Semiinsulating GaAs |
|
|
Low Capacitance |
|
|
|
Low Quantum Efficiency |
||
Contact |
InGaAsP p |
5x1018 |
Trade-off Between |
|
Absorption |
InGaAs |
n- |
5x1014 |
Quantum efficiency |
Contact |
InP |
n |
1x1019 |
and Speed |
Contact |
InP |
p |
1x1018 |
Gain-Bandwidth: |
Multiplication |
InP |
n |
5x1016 |
120GHz |
Transition |
InGaAsP n |
1x1016 |
Low Noise |
|
Absorption |
InGaAs |
n 5x1014 |
Difficult to make |
|
Contact |
InP |
n |
1x1018 |
Complex |
Substrate |
InP |
Semi insulating |
Waveguide
Absorption Layer |
High efficiency |
|
High speed |
||
|
||
Guide Layers |
Difficult to couple into |
Key: |
|
Absorption Layer |
Contact layers

Принцип работы PIN диода
ВАХ
needed sic “I”
V
Carriers absorbed here must diffuse to the intrinsic layer before they recombine if they are to contribute to the photocurrent. Slow diffusion can lead to slow “tails” in the temporal response.

Основные характеристики фотодиода
• Internal
Quantum Efficiency
•External
Quantum efficiency
• Responsivity
•Photocurrent
|
|
Number of Collected electrons |
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
||||
i |
|
|
|
|
|
|
|
1 e |
|
|
|
|
|
||||
Number of Photons *Entering* detector |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Number of Collected electrons |
|
|
|
|
|
iph / q |
|
|
|
|
W |
||||
e |
|
|
|
|
1 Rp 1 e |
|
|||||||||||
Number of Photons *Incident* on detector |
Po / h |
|
|||||||||||||||
R |
|
Photo Current (Amps) |
|
iph |
|
q |
|
1 Rp 1 e |
W |
|
|
||||||
Incident Optical Power (Watts) |
Po |
h |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fraction Transmitted into Detector
P |
|
|
W |
|
|
iph q |
o |
1 Rp |
|
||
|
1 e |
|
RPo |
||
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Incident Photon Flux |
Fraction absorbed in |
(#/sec) |
detection region |

Чувствительность фотодиода
R he M
Выходной ток на 1Вт световой мощности (типичная величина 0.5 A/Вт)

Спектральные характеристики
Absorption coefficient vs. Wavelength |
Photodiode Responsivity vs. Wavelength |
for several materials |
for various materials |
(Bowers 1987) |
(Albrecht et al 1986) |