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       光檢測(cè)器是把光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)的器件，由于從光纖中傳輸過來的光信號(hào)一般是非常微弱且產(chǎn)生了畸變的信號(hào)，因此光纖通信系統(tǒng)對(duì)光檢測(cè)器提出了非常高的要求：

       • 在系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)上要有足夠高的響應(yīng)度，即對(duì)一定的入射光功率，光檢測(cè)器能輸出盡可能大的光電流；

       • 有足夠高的響應(yīng)速度和足夠的工作帶寬，即對(duì)高速光脈沖信號(hào)有足夠的快的響應(yīng)能力；

       • 產(chǎn)生的附加噪聲小；

       • 光電轉(zhuǎn)換線性好，保真度高；

       • 工作穩(wěn)定可靠，工作壽命長(zhǎng)；

       • 體積小，使用簡(jiǎn)便。

       目前，滿足上述要求、適合于光纖通信系統(tǒng)使用的光檢測(cè)器主要有半導(dǎo)體PIN光電二極管、雪崩光電二極管（APD）、光電晶體管等。其中，前兩種應(yīng)用最為廣泛。

1.PIN光電二極管

（1）基本原理和結(jié)構(gòu)

      受激吸收是半導(dǎo)體光檢測(cè)器的基本工作原理。

      半導(dǎo)體光檢測(cè)器的核心是PN結(jié)的光電效應(yīng)，工作在反向偏壓下的PN結(jié)光電二極管是最簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體光檢測(cè)器。

       當(dāng)PN結(jié)上加有反向偏壓時(shí)（P區(qū)加負(fù)，N區(qū)加正），外加電場(chǎng)的方向和空間電荷區(qū)里電場(chǎng)的方向相同，外電場(chǎng)使勢(shì)壘加強(qiáng)，PN結(jié)的能帶如圖26所示。由于光電二極管加有反向偏壓，因此空間電荷區(qū)里載流子基本上耗盡了，這個(gè)區(qū)域稱為耗盡區(qū)。

       當(dāng)光束入射到PN結(jié)上，且光子能量Hu大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg時(shí)，價(jià)帶上的電子可以吸收光子躍遷到導(dǎo)帶，結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)電子一空穴對(duì)。如果光生電子一空穴對(duì)在耗盡區(qū)里產(chǎn)生，那么在電場(chǎng)的作用下，電子將向N區(qū)漂移，空穴將向P區(qū)漂移，從而形成光生電流。

       為了得到高量子效率、提高響應(yīng)速度，器件一般采用PIN結(jié)構(gòu)。它是在高摻雜P型和N性半導(dǎo)體材料之間生長(zhǎng)一層本征半導(dǎo)體材料或低摻雜半導(dǎo)體材料，稱為1層。高摻雜的P區(qū)和N區(qū)非常薄。如圖27所示。這種結(jié)構(gòu)使得光子在耗盡區(qū)內(nèi)能夠被充分吸收，以利于提量子效率和響應(yīng)速度。對(duì)于InGaAs材料制作的光電二極管，還往往釆用異質(zhì)結(jié)構(gòu),從而進(jìn)一步提高器件的量子效率。 

圖 26  PN結(jié)的能帶          圖27    PIN光電二極管

(2)PIN光電二極管的特性

PIN光電二極管的主要特性包括響應(yīng)度、量子效率、響應(yīng)速度等。

①波長(zhǎng)響應(yīng)范圍

       從光電二極管的工作原理可以知道，當(dāng)光子能量人，大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。這一條件限制了光電二極管使用的上限波長(zhǎng)人，有