
- •Лекция 15: Оптические телекоммуникационные системы: Компонентная база
- •Базовая структура линии (точка-точка)
- •Преобразование электроника-оптика-электроника
- •Передатчик
- •Источники оптического излучения
- •Источники оптического излучения
- •Модуляция
- •Модуляция
- •Модуляция
- •Модуляция
- •Приемник
- •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
- •Регенерация и усиление
- •Энергетический бюджет
- •Расстояние передачи
- •Зависимость от битовой скорости
- •Трансмиттер
- •Система с оптическими усилителями
- •Оптические усилители
- •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

Эквивалентная электрическая схема
|
|
|
|
|
|
Rd |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Iph=Photocurrent generated by detector |
Iph |
Id |
Cd |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Cd=Detector Capacitance |
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Id=Dark Current |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PIN |
|
|
|
In=Multiplied noise current in APD |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
R =Bulk and contact resistance |
|
|
|
|
|
|
|
|
Rd d |
Iph |
Id |
In |
Cd |
APD

Ёмкость фотоприемника
P |
N |
|
|
C |
A |
p-n |
|
junction |
|
||||
|
|
w xp xn |
||
W |
|
|
||
|
|
|
|
For a uniformly doped junction
Capacitance must be minimized for high sensitivity (low noise) and for high speed operation
Minimize by using the smallest light collecting area consistent with efficient collection of the incident light
Minimize by putting low doped “I” region between the P and N doped regions to increase W, the depletion width
W can be increased until field required to fully deplete causes excessive dark current, or carrier transit time begins to limit speed.
|
A |
2q |
|
|
|
1/ 2 |
|
|
|||
C |
|
Nd |
|
Where: =permitivity |
q=electron charge |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
2 |
o |
V |
bi |
||||||||
|
|
V |
|
|
|
|
|
Nd=Active dopant density |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1/ 2 |
||
|
|
2 (Vo |
Vbi) |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
W |
|
qNd |
|
|
|
Vo=Applied voltage |
Vbi=Built in potential |
A=Junction area

Полоса пропускания
C= 0 A/w; |
B = 1/2 RC |
Transit time
=W/vsat
vsat=saturation velocity=2x107 cm/s
R-C Limitation |
|
||||
|
|
R A |
|
||
|
RC |
|
in W |
|
|
Responsivity |
|
||||
R |
q |
1 Rp 1 e W |
|||
h |
|||||
|
|
|
|
Diffusion
=4 ns/µm (slow)

Искажения сигнала

Темновой ток
Surface Leakage
Bulk Leakage
Surface Leakage |
Bulk Leakage |
Ohmic Conduction |
Diffusion |
Generation-recombination |
Generation-Recombination |
via surface states |
Tunneling |
|
Usually not a significant noise source at high bandwidths for PIN Structures High dark current can indicate poor potential reliability
In APDs its multiplication can be significant

Типовые характеритики фотодиодов

Функциональная схема фотоприемника

Типы фотоприемников
|
+Bias |
|
+Bias |
|
|
+Bias |
Rf |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
Is |
|
Is |
|
|
|
Is |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Output |
|
|
|
Output |
|
Output |
|
|
|
|
|
|
||
RL |
|
RL |
Ct |
|
|
Ct |
|
|
|
|
|
Amplifier |
|||
50 |
Amplifier |
|
Amplifier |
Equalizer |
|
|
|
|
|
|
|
Low Impedance |
High Impedance |
Transimpedance |
Low Sensitivity |
Requires Equalizer for high BW |
High Dynamic Range |
Easily Made |
High Sensitivity |
High Sensitivity |
Wide Band |
Low Dynamic Range |
Stability Problems |
|
Careful Equalizer Placement Required Difficult to equalize |

Регенерация и усиление

Энергетический бюджет |
Линейная система |