Оптические приемники. Приемный оптический модуль.

Оптический приемник осуществляет преобразование оптического сигнала в электрический.

В состав оптического приемника входит:

• Фотодетектор(фотодетектор)

• Приемное оптическое устройство

• электронные схемы усиления и обработки технического сигнала

• схемы стабилизации или АРУ

Основные требования к фотодетектору:

• должен обладать высокой чувствительностью

• высокое быстродействие

• должен вносить минимальные шумы в приемную систему

• должен иметь высокую стабильность рабочих характеристик

• иметь небольшие размеры, быть высоконадёжным и недорогим

На длине 0,85 мкм используется кремний (Si). Для других диапазонов –германий.

В основном используется p-i-n фотодиоды и ABD – лавинные фотодиоды. В основе работы этих устройств лежит явление внутреннего фотоэффекта в полупроводниковом материале заключается в образовании пары носителей зарядов при поглощении фотона энергия «j» > = ширине запрещенной зоны.

Рис. Схема структуры p-i-n фотодиода.

Структура pin-фотодиода схематично показана на рис. 4.9. Ме­жду тонкими слоями сильно легированных полупроводников р⁺- и n⁺- типа (знак «+» означает сильное легирование) расположен слаболеги­рованный полупроводник n-типа. При обратном напряжении смещения в последнем образуется обедненная область. Электрическое поле в основном сосредоточено в этой области, поскольку ее сопротивление значительно больше, чем сопротивления р⁺ и n⁺ -слоев.

В результате поглощения фотонов падающего излучения в pin-структуре образуются электронно-дырочные пары. В -области под дей­ствием сильного электрического поля происходит быстрое разделение носителей зарядов (дрейфовое движение), что обеспечивает высокую скорость процесса преобразования оптического излучения в электри­ческий ток. Поскольку -область достаточно широка, достигается и вы­сокая эффективность процесса преобразования.

В р⁺ - и n⁺ - слоях электрическое поле практически отсутствует. Вследствие этого движение носителей зарядов в них возможно, в основном, за счет диффузии, скорость которой примерно на три по­рядка ниже скорости дрейфового движения. Таким образом, диффузи­онный ток ухудшает быстродействие ФД. Кроме того, поскольку раз­деление носителей происходит медленно, часть из них рекомбинирует, и эффективность работы ФД снижается. Чтобы уменьшить эти нежелательные эффекты, при разработке конструкции ФД р+ - слой стремятся сделать как можно тоньше, а толщину слоя выбирают достаточно большой, чтобы обеспечить полное поглощение падающего излучения. Основными параметрами ФД являются квантовый выход (эффективность), токовая чувствительность S и темновой ток I_Т.

Токовая чувствительность — это отношение среднего значения фо­тотока в нагрузке R_H к среднему значению мощности падающего опти­ческого излучения: S = Iф/Р, А/Вт.

Типичное значение S на рабочей длине волны S = (0,5...0,8) А/Вт.

В отсутствие падающего на ФД оптического излучения при обрат­ном смещении через нагрузку протекает ток, который называется темновым.

Величина «М» составляет несколько десятков. Поэтому токовая чувствительность ЛФД значительно превышает токовую чувствительность p и n фотодиода.