Приемники оптического излучения
Качество приемника – одно из основных условий успешной работы системы передачи.
- Детектор – преобразователь оптического излучения в электрический сигнал.
- Электрическая схема, оптимальным образом согласованная с преобразователем, усиливающая электрический сигнал до нужной величины.
Эти две части составляют приемник оптического сигнала.
В узком понимании приемник выглядит так:
В современных системах связи в качестве преобразователя используется прямое преобразование оптического сигнала непосредственно в видеосигнал. Если система связи импульсно-цифровая, то преобразуются световые импульсы в видеоимпульсы; если система связи аналоговая, то такими же средствами преобразуется непрерывный оптический сигнал в электрический. В качестве таких преобразователей используются полупроводниковые приборы.
Требования к фотодетектору:
1. Высокая чувствительность
2. Быстродействие – способность фотодиода откликаться на быстрые переменные процессы.
Применительно к оптическому сигналу:
При подаче светового импульса на фотодиод через 
течет светоток. 
Нужно, чтобы отклик поспевал за изменением фронта импульса.
1. Малый уровень собственных шумов.
2. Стабильность работы – слабое воздействие температуры, внешних полей и т.д.
3. Прибор должен согласовываться с оптическим волокном.
4. Приемлемая стоимость.
Такими приборами являются:
|
|
|
– p-i-n – диод;
– ЛФД – диод – лавинный фотодиод.
p-i-n-диод – обычный p-n-переход с обедненным слоем внутри, на который воздействует световая энергия. Световой сигнал подается на светочувствительную область. Под воздействием квантов света образуются электроны и дырки. В результате по цепи течет фототок.
ВАХ pin-диода:
– темновой ток.
Рабочая часть ВАХ – слева от нуля. С увеличением световой энергии ВАХ опускается. 
- ток, который мы используем.
, где 
-мощность светового импульса; 
- энергия 1 кванта.
- число квантов при условии, что каждый фотон порождает электрон. В среднем, 10 тыс. фотонов порождают 6 тыс. электронов, тогда 
=0.6. зависит от материала из которого сделан фотодиод, Ио структуры самого фотодиода. В настоящее время квантовая эффективность лежит в пределах от 0.5 до 0.9.
Величина фототока прямопропорциональна мощности оптического сигнала, поэтому амплитуда видеосигнала пропорциональна мощности. Линейная зависимость фототока от мощности наблюдается в широких пределах изменения оптической мощности.
– чувствительность, она зависит от 
.
– чувствительность отличается для различных материалов. Для кремния:
: 
Ge, GaAs 
мкм.
Темновой ток 
для разных структур различен. Для кремния: 
, для германия: 
, для более сложных структур 
. Темновой ток влияет на шумовые свойства фотодетектора. Сам фототок несет в себе шум, ввиду того, что природа преобразования фотона в электрон случайна. Среднеквадратическое значение шумового тока за счет фототока: 
, где 
- полоса частот.
|
|
|
– полный ток, генерируемый фотодиодом; 
- ток засветки – то, что попадает на фотодиод помимо оптического сигнала. Особенно вреден темновой ток – желательно иметь приемник с минимальным .
ЛФД-диод: лавинный фотодиод – это прибор, в котором происходит умножение порожденных фотонами электронов. Механизм заключается в том, что электроны находятся в области высокого напряжения. Они разгоняются и порождают еще электроны. ЛФД имеет коэффициент умножения М и коэффициент шума F:
- коэффициент умножения, где 
- пробивное напряжение; U – напряжение, приложенное к диоду. U должно быть в районе .
Требования к источнику более жесткие, чем у pin-диода.
У pin-диода: U~10В;
У ЛФД-диода: U~50..100 В.
Коэффициент усиления порядка 10.
Коэффициент шума – показывает, во сколько раз увеличится шумовая составляющая по сравнению со случаем отсутствия умножения.
Достоинства ЛФД:
|
|
|
– Более высокая чувствительность, т.к. 
надо умножать на М. Это позволяет снизить энергетику линии или увеличить длину регенерационного участка.
Недостатки ЛФД:
– Более высокие значения питающего напряжения
– Требования к стабильности питающего напряжения очень высокие.
– ЛФД подвержен температурным изменениям, т.е. 
меняется в зависимости от температуры и действия внешних полей.
– Высокая цена при быстродействии как у pin-диода.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 579; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!