深圳50GHZ PIN光電探測器設計

光電導探測器主要是通過電陰值的變化來檢測，以下我將以光敏電阻為例介紹其工作原理。光敏電阻又稱光導管,它沒有極性,純粹是一個電阻器件,使用時既可加直流電壓,也可以加交流電壓。無光照時,光敏電阻值（暗電阻）很大,電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時,它的阻值（亮電阻）急劇減少,電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好,亮電阻越小越好,此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐級,亮電阻在幾千歐以下。光電探測器的原理是由輻射引起被照射材料電導率發(fā)生改變。深圳50GHZ PIN光電探測器設計

光電二極管的工作原理同光電池一樣，都是基于PN結(jié)的光伏效應工作的。主要特點是結(jié)區(qū)面積小，通常工作于反偏置狀態(tài)。因此內(nèi)建電場很強，結(jié)區(qū)較寬，結(jié)電容小，因此頻率特性爺比光電池好，但光電流較小。PIN光電二極管PN半導體中間夾了一層本征半導體，由于本征半導體近似于介質(zhì)，相當于增大了NPNj結(jié)之間的距離，使結(jié)電容變小。PN半導體中耗盡層寬度隨反向電壓增加而加寬，將P區(qū)做得很薄，由于I層的存在，入射光子只能在I層被吸收，因此在I層形成高電場區(qū)，I區(qū)的光電子在強電場下加速運動，使得載流子渡越時間非常短，因此可以有效減小時間常數(shù)，提高工作頻率特性。16GHZ PIN光電探測器24小時服務相干接收：在接收設備中利用載波相位信息去檢測并接收信號。

光伏探測器基于光照產(chǎn)生電勢差，用測電勢差的原理。它分為光電池與光電二極管兩種類型，光電池主要是把光能轉(zhuǎn)換為電能的器件，目前有硒光電池、硅光電池、砷化鎵及鍺光電池等，但目前運用較廣的是硅光電池。光電二級管分為P-N結(jié)光電二極管、PIN光電二級管、雪崩光電二極管、光電三級管等。PIN光電二極管又稱快速光電二極管，與一般的光電二極管相比，它具有不的時間常量，并使光譜響應范轉(zhuǎn)向長波方向移動，其峰值波長可移至1.04~1.06um而與YAG激光器的發(fā)射波長相對應。它具有靈敏度高的優(yōu)點。它是由P型半導體和N型半導體之間夾了一層本征半導體構(gòu)成的。因為本征半導體近似于介質(zhì)，這就相當于增大了P-N結(jié)結(jié)電容兩個電極之間的距離，使結(jié)電容變得很小。其次，P型半導體和N型半導體中耗盡層的寬度是隨反向電壓增加而加寬的，隨著反偏壓的增大，結(jié)電容也要變得很小。由于I層的存在，而P區(qū)一般做得很薄，入射光子只能在I層內(nèi)被吸收，而反向偏壓主要集中在I區(qū)，形成高電場區(qū)，I區(qū)的光生載流子在強電場作用下加速運動，所以載流子渡越時間常量減小，從而改善了光電二極管的頻率響應。同時I層的引入加大了耗盡區(qū)，展寬了光電轉(zhuǎn)換的有效工作區(qū)域，從而使靈敏度得以提高。

光電探測器的基本工作機理包括三個過程：(1)光生載流子在光照下產(chǎn)生;(2)載流子擴散或漂移形成電流;(3)光電流在放大電路中放大并轉(zhuǎn)換為電壓信號。當探測器表面有光照射時，如果材料禁帶寬度小于入射光光子的能量即Eg<hv，則價帶電子可以躍遷到導帶形成光電流。當光在半導體中傳輸時，光波的能量隨著傳播會逐漸衰減，其原因是光子在半導體中產(chǎn)生了吸收。半導體對光子的吸收主要的吸收為本征吸收，本征吸收分為直接躍遷和間接躍遷。通過測試半導體的本征吸收光譜除了可以得到半導體的禁帶寬度等信息外，還可以用來分辨直接帶隙半導體和間接帶隙半導體。本征吸收導致材料的吸收系數(shù)通常比較高，由于半導體的能帶結(jié)構(gòu)所以半導體具有連續(xù)的吸收譜。從吸收譜可以看出，當本征吸收開始時，半導體的吸收譜有一明顯的吸收邊。但是對于硅材料，由于其是間接帶隙材料，與三五族材料相比躍遷幾率較低，因而只有非常小的吸收系數(shù)，同時導致在相同能量的光子照射下在硅材料中的光的吸收深度更大。APD雪崩二極管在很多地方使用于雷達、通信、遙控、遙測、儀器儀表中。

1873年，英國W.史密斯發(fā)現(xiàn)硒的光電導效應，但是這種效應長期處于探索研究階段，未獲實際應用。第二次世界大戰(zhàn)以后，隨著半導體的發(fā)展，各種新的光電導材料不斷出現(xiàn)。在可見光波段方面，到50年代中期，性能良好的硫化鎘、硒化鎘光敏電阻和紅外波段的硫化鉛光電探測器都已投入使用。60年代初，中遠紅外波段靈敏的Ge、Si摻雜光電導探測器研制成功，典型的例子是工作在3～5微米和8～14微米波段的Ge:Au（鍺摻金）和Ge:Hg光電導探測器。60年代末以后,HgCdTe、PbSnTe等可變禁帶寬度的三元系材料的研究取得進展。工作原理和特性光電導效應是內(nèi)光電效應的一種。當照射的光子能量hv等于或大于半導體的禁帶寬度Eg時，光子能夠?qū)r帶中的電子激發(fā)到導帶，從而產(chǎn)生導電的電子、空穴對,這就是本征光電導效應。這里h是普朗克常數(shù)，v是光子頻率,Eg是材料的禁帶寬度（單位為電子伏）。因此，本征光電導體的響應長波限λc為λc=hc/Eg=1.24/Eg(μm)式中c為光速。本征光電導材料的長波限受禁帶寬度的限制。PIN缺點在于I層電阻很大管子的輸出電流小，一般多為零點幾微安至數(shù)微安。深圳50GHZ PIN光電探測器設計

利用內(nèi)光電效應制成的光子型探測器是用半導體材料制成的固態(tài)電子器件，包括光電導探測器和光伏型探測器等。深圳50GHZ PIN光電探測器設計

光通信雖然以光作為傳播媒介，但歸根結(jié)底還是基于電的。光載波需要使用電信號來進行調(diào)制，接收機接收到光信號也需要將其轉(zhuǎn)換為電信號，才能獲得所攜帶的信息。光的帶寬暫且可以認為是無限的，但是電信號的帶寬不可能無限提高。相對于低頻信號，高頻信號有著更高的損耗（包括導線損耗、介質(zhì)損耗以及電磁輻射等），這就導致信號通路的頻率響應是一條向下的曲線，高頻成分的減少導致上升下降時間會比原來更長（因為高次諧波比低次諧波更為陡峭，這點很容易理解）。因此帶寬的選擇對時域波形的較短上升邊有直接的影響。深圳50GHZ PIN光電探測器設計

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