如何使用光探测器

1、v光探测器就是把信号（通信信息）从光波中分离（检测）出来，即进行光/电转换的器件。v光探测器件质量的优劣在很大程度上决定了光接收机灵敏度的高低。而光接收机的灵敏度和光源器件的发光功率、光纤的衰耗三者一起便决定了光纤通信的中继距离（在系统受衰耗限制而不是受色散限制时）v目前常用的光探测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD). 光探测器件的光电转换主要包括3个主要过程：v入射到光吸收区的光子被InGaAs或Ge材料(长波长探测)所吸收， 产生非平衡 的电子、空穴对；v非平衡的电子、空穴对由于浓度差产生定向扩散运动和电场下的漂移运动；v运动到PN结的载流子在其两边形成附加电势，并在外电路中产

2、生附加的光生电压或光生电流。v当入射光信号功率不大时，转换成的光电流随光功率作线性变化。v在入射光作用下，由于光吸收过程产生的电子/空穴对的运动，并在PN结两边形成附加电势,从而在闭合外电路中形成光生电流的器件，就是简单的PN结光电二极管。 v如果在P型层和N型层之间增加一层掺杂浓度很低或非故意掺杂的本征层（I），就构成PIN光电二极管。vPIN光电二极管光吸收区较厚，结电溶较小，因而光响应度可达0.85A/W,光响应速率可达10Gb/s以上。这是一种结构简单,性能优良的器件。v 光探测器光电特性可用如下指标来衡量： 对PIN-PD，主要有： a ) 光谱响应范围； b ) 光响应度； c )

3、 光响应速率（或结电容）； d ) 暗电流； e ) 反向击穿电压； f ) RC时间 对APD，除上述指标外，还有： a ) 光倍增因子； b ) 过剩噪声指数； 光纤通信对光探测器件的要求v1.响应度高.v2.噪声低v3.工作电压低v4.体积小、重量轻、寿命长vROSA: Receiver Optical SubassemblyU336142578RDIN+VPDVCC_RXRDIN-GND1GND2FIX1FIX2VCC_RXGNDC14GNDVpdGNDGNDGNDC16RX_PM_ADC1GNDC18C17L11VCC_RXR30C26VCC_RXR18U7123456CLAMPGN

4、DOUTREFNCBIASVpdRX OUTPUTC28GNDGNDGNDR25GNDvPIN ROSA典型应用电路vRX接收光功率监控功能的实现MAX4004利用镜像电流源，输出电流IOUT为实际流经PIN管的光电流IPIN的1 / 10，将IOUT通过对地参考电阻转化为电压Vmon，即可实现对接收光功率的监控。Pin（mW）=10Vmon/R*v接收光功率RX Power(W)与监控电Vmon(V)的关系如下图vAvalanche Photo Diode（雪崩光电二极管）v当APD在处于适当的偏压时利用雪崩效应可以获得M倍的内部电流增益，M称为APD的倍增因子。因此APD的灵敏度高于其他光

5、电二极管，广泛应用于长距离光纤通信中。v由于APD的增益与反向偏置和温度的关系很大，因此有必要对反向偏置电压进行控制，以保持增益的稳定。 v如何选择APD 偏置电压？ 在实际使用中通常我们将Gain设置为8M10,过高的Gain值会降低信噪比v利用自动调试软件选择合适的APD 偏置电压Wait for Transceiver to reach desired Ambient TemperatureDetermine VBRMeasure APD Bit Error RateChange APD Bias to minimize BER VBRSave APD Bias, APD Gain &a

6、mp; TemperatureSolid line: Reverse IV curve (no light input)Dash line: Responsivity curve vs. voltage (w/ 1uW light input (1550nm)v当温度变化时，如何保证APD增益稳定？vAPD V-I曲线与暗电流随温度变化的趋势vAPD_Bias 典型电路GNDP5,7VapdU9LT3571IUD#TRPBF1211143210916515781413176SHDNVinNCVoutMOMINAPDGND2RtMONSW1FBGND1SYNCCTRLVREFGND_SIGNAL

7、SW2L1310UHC5410nFR5010.0KR491KR51499KR5710KC521.0UFC530.1uFC550.1uF/APD_SHDNP7VCC_5VR4710.0KR6115.0KC5110uFVapd_SETP7R4820RC5710nFR6030KRXPWR_MON P7vVapd_set - Vapd 实际控制曲线VREF脚和CTRL脚直接相连，将LT3571内比较器的参考电压设为恒定的1V通过MCU的DAC口设置输出电压，FB脚的电压与参考电压1V进行比较，然后调整PWM的占空比，直到FB脚的电压为1V时，输出电压达到设定值。LT3571的Vout电压与设置电压的关系式为：4. LT3571的APD脚电压与的关系为： vAPD_bias部分电路分析6160_61516051)1 (1