Фотоприемники для оптических систем передачи

Задание 4:Построить график зависимости чувствительности фотодетектора от длины волны оптического излучения по данным таблицы 2.4.1. Используя график и данные таблиц 2.4.2 и 2.4.3. Определить величину фототока на выходе p-i-n фотодиода. По графику определить длинноволновую границу чувствительности фотодетектора. Определить материал для изготовления прибора.

Таблица 2.4.1

Чувствительность, А/Вт	0,3	0,45	0,53	0,58	0,62	0,67	0,7	0,73	0,65	0,1
Длина волны, мкм	0,85	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,78

Таблица 2.4.2

Мощность излучения	Данные для расчета	Система СИ
Рu, мкВт	0,5

Таблица 2.4.3

Длина волны	Данные для расчета	Система СИ
L,нм	1290

 

 

Рисунок 13 –График зависимости чувствительности фотодетектора от длины волны оптическогоизлучения

 

При решении задания необходимо учесть соотношения (2.4.1), (2.4.2), (2.4.3):

где:

 – энергия фотона;

е – заряд электрона = 1,6 ^. 10^-19 Кл;

 – внутренняя квантовая эффективность фотодиода;

h – постоянная Планка= 6,26 ^. 10^-34 Дж ^. С;

С – скорость света = 3 ^. 10⁸ м/с.

По графику определяем, что материал для изготовления прибора -германий.

Энергия фотона:

Ток фотодиода:

Чувствительность фотодиода:

Длинноволновая граница чувствительности фотодетектора определяется соотношением (2.4.4):

где:

Еg - ширина запрещенной зоны полупроводникового материала, из которого сделан фотодиод, Е_g для германиевых диодов = 0,66 В.

Вывод:

 

 

Задание 5: Определить полосу пропускания и отношение сигнал/шум для фотоприемного устройства, содержащего интегрирующий (ИУ) или трансмиссионный усилитель и фотодетектор (ЛФД или p-i-n). Исходные данные по вариантам приведены в таблицах 2.5.1 и 2.5.2

 

 

Таблица 2.5.1

Характеристики ФПУ

Параметры	Данные для расчета	Система СИ
Тип ФД	p-i-n
Тип усилителя	ИУ
- кОм	1000
- пФ	2,0
	0,38
M	1
(М)	1
T	280
Дш	2
Кус	1000

Таблица 2.5.2

Характеристики передачи

Параметры	Данные для расчета	Система СИ
, дБм	-2
L, км	45
A, дБ/км	0,42

 

Полоса частот усиления ФПУ с ИУ ограничена полосой пропускания входной цепи ФПУ и находится из соотношения (2.5.1):

где:

 Резистор    

Конденсатор

Фототокдетекторасоздаетсяпадающейоптическоймощностьюизависитоттипафотодетектора. Величина фототока вычисляется из соотношений (2.5.2) и (2.5.3).

где:

 – мощность сигнала наприем;

 – мощность сигнала на передаче;

a - километрическое затухание кабеля;

L – длина кабельной линии.

где:

h - постоянная Планка;

е - заряд электрона;

η_ВН - внутренняя квантовая эффективность;

М - коэффициент умножения ЛФД;

Р_ПР -мощность сигнала наприем;

Α - километрическое затухание кабеля;

L - длина кабельной линии.

Для вычисления основных шумов ФПУ, а это квантовый и тепловой шумы, необходимо воспользоваться соотношениями (2.5.4) и (2.5.5):

где:

-величина фототока

е - заряд электрона;

М - коэффициент умножения ЛФД

- Полоса частот усиления ФПУ

–

Тепловой шум

где:

 Резистор

 – Период

Полоса частот усиления ФПУ

К=1,38* Дж/к – постоянная Больцмана.

Отношение сигнал/шум вычисляется из соотношения (2.5.6):

где:

 Резистор    

 – Период

Полоса частот усиления ФПУ;

К=1,38* Дж/к – постоянная Больцмана.

 величина фототока;

е заряд электрона;

М коэффициент умножения ЛФД.