zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kĩ thuật Viễn thông

Bài giảng Cơ sở kỹ thuật thông tin quang: Chương 4 - TS. Nguyễn Đức Nhân

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Báo xấu

7
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ sở kỹ thuật thông tin quang - Chương 4: Bộ thu quang, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: một số khái niệm cơ bản; các loại diode thu quang; thiết kế bộ thu quang; nhiễu trong bộ thu quang; tính năng bộ thu quang;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở kỹ thuật thông tin quang: Chương 4 - TS. Nguyễn Đức Nhân

TS. Nguyễn Đức Nhân 17/03/2014 191
• Đáp ứng nguồn thu − Quá trình thu tín hiệu quang: hấp thụ năng lượng photon − Đối với vật liệu bán dẫn: năng lượng photon đủ lớn h  Eg  photon bị hấp thụ  sinh ra cặp e - h tự do. − Dưới tác động của điện trường đặt vào  các điện tử và lỗ trống bị quét ra mạch ngoài sinh ra dòng điện 17/03/2014 192 Nguyễn Đức Nhân
• Đáp ứng nguồn thu − Dòng quang điện tỉ lệ trực tiếp với công suất quang vào: Trong đó: R – độ đáp ứng (độ nhạy) của nguồn thu (đơn vị: A/W) − Hiệu suất lượng tử: − Độ đáp ứng:  Hiệu suất chuyển đổi O/E R tăng theo bước sóng 17/03/2014 193 Nguyễn Đức Nhân
• Đáp ứng nguồn thu − Điều kiện năng lượng: hc h   Eg  Khi bước sóng tăng > giá trị tới hạn  năng lượng phototn < Eg   giảm về 0 17/03/2014 194 Nguyễn Đức Nhân
• Đáp ứng nguồn thu − Sự phụ thuộc  vào : liên quan đến hệ số hấp thụ Giả sử lớp bán dẫn bọc lớp chống phản xạ  công suất truyền qua lớp bán dẫn: − Công suất bị hấp thụ: Mỗi photon bị hấp thụ  cặp e-h tự do được tạo ra  Hiệu suất lượng tử   = 0 khi  = 0 ,   1 khi W >> 1 17/03/2014 195 Nguyễn Đức Nhân
• Đáp ứng nguồn thu − Sự phụ thuộc  vào :  = 0 tại  = c  tăng khi  giảm  lớn ~ 104 cm-1    1 khi W ~ 10 m 17/03/2014 196 Nguyễn Đức Nhân
• Đáp ứng nguồn thu − Dạng phổ đáp ứng của một số vật liệu: 17/03/2014 197 Nguyễn Đức Nhân
• Độ rộng băng tần nguồn thu − Độ rộng băng tần của photodiode: Tốc độ tại đó nó đáp ứng với sự thay đổi công suất quang vào − Thời gian lên: thời gian tại đó dòng tăng từ 10 đến 90 % giá trị đỉnh khi công suất quang vào dạng bậc Tr phụ thuộc vào: • Thời gian mà các điện tử và lỗ trống dịch chuyển tới các điện cực ngoài. • Thời gian đáp ứng của mạch điện 17/03/2014 198 Nguyễn Đức Nhân
• Độ rộng băng tần nguồn thu − Thời gian lên của mạch tuyến tính: thời gian đáp ứng tăng từ 10 đến 90 % giá trị đỉnh khi đầu vào dạng bậc Điện áp đầu vào mạch RC thay đổi tức thời từ 0 đến V0 Điện áp đầu ra thay đổi: R – điện trở, C – điện dung của mạch RC − Thời gian lên: RC = RC – hằng số thời gian của mạch RC 17/03/2014 199 Nguyễn Đức Nhân
• Độ rộng băng tần nguồn thu − Thời gian lên của photodiode: tr – thời gian chuyển tiếp, RC – hằng số thời gian của mạch RC tương đương • Thời gian chuyển tiếp: Thời gian mất trước khi các hạt tải được gom sau khi sinh ra do hấp thụ photon Thời gian chuyển tiếp cực đại: bằng với thời gian một điện tử mất để đi qua vùng hấp thụ  tr giảm khi giảm W Tuy nhiên  giảm mạnh khi W < 3  Có sự bù trừ giữa độ rộng băng tần và độ đáp ứng (tốc độ và độ nhạy) của PD 17/03/2014 200 Nguyễn Đức Nhân
• Độ rộng băng tần nguồn thu • Hằng số thời gian: giới hạn băng tần vì điện kí sinh Giá trị tr và RC phụ thuộc vào cấu trúc PD và có thể biến đổi trên một dải rộng − Độ rộng băng tần của PD: − Để hoạt động ở 10 Gb/s trở lên: tr và RC < 10 ps • Bên cạnh đó, một tham số quan trọng của PD là dòng tối Id (sinh ra khi không có tín hiệu quang đi vào) • Một PD tốt Id < 10 nA 17/03/2014 201 Nguyễn Đức Nhân
• Diode thu quang p-n − Cấu trúc: tiếp giáp p-n phân cực ngược  vùng nghèo Độ rộng vùng nghèo phụ thuộc vào nồng độ pha tạp. − Nguyên lý: 17/03/2014 202 Nguyễn Đức Nhân
• Diode thu quang p-n − Đặc tính I-V của tiếp giáp p-n − Dòng từ PD khi không có ánh sáng: Iso - dòng bão hòa 17/03/2014 203 Nguyễn Đức Nhân
• Diode thu quang PIN − Cấu trúc: gồm 3 lớp, lớp i được xen giữa lớp p và n − Lớp i có điện trở cao  hầu hết điện áp rơi trên vùng này  thành phần trôi >> thành phần khuyếch tán − Độ rộng W được quyết định bởi độ dày lớp i 17/03/2014 204 Nguyễn Đức Nhân
• Diode thu quang PIN − Nguyên lý: 17/03/2014 205 Nguyễn Đức Nhân
• Diode thu quang PIN − Các hạt tải sinh ra trong vùng nghèo (vùng tập trung điện trường lớn) trôi nhanh chóng về phía n hoặc p − Các hạt tải sinh ra ngoài vùng nghèo: Các điện tử sinh ra trong vùng p phải khuyếch tán tới biên vùng nghèo trước khi trôi về phía n Các lỗ trống sinh ra trong vùng n phải khuyếch tán tới biên vùng nghèo trước khi trôi về phía p 17/03/2014 206 Nguyễn Đức Nhân
• Diode thu quang PIN − Độ rộng băng tần thường bị giới hạn bởi thời gian chuyển tiếp • Thời gian chuyển tiếp: W – độ rộng vùng nghèo vd – vận tốc trôi Vận tốc trôi phụ thuộc vào điện áp đặt vào, đạt được giá trị cực đại (vận tốc bão hòa) ~ 105 m/s • Hằng số thời gian: RL – điện trở tải, Rs – điện trở diode nối tiếp, Cp – điện dung ký sinh • Khi có thành phần khuyếch tán  giới hạn băng tần • Quá trình khuyếch tán: chậm  gây méo đáp ứng thời gian của PD 17/03/2014 207 Nguyễn Đức Nhân
• Diode thu quang PIN − Giảm quá trình khuyếch tán: • Giảm độ rộng vùng n và p • Tăng độ rộng vùng nghèo − Độ rộng vùng nghèo cần được lựa chọn một cách thích hợp • Đảm bảo không quá hẹp để háp thụ hết các photon đi vào, đồng thời giảm thiểu thành phần khuyếch tán 1 w  • Tăng w cũng làm giảm điện dung tiếp giáp  giảm RC s A C w • W cũng không quá lớn  tránh ảnh hưởng thời gian trôi 2 w  17/03/2014 208 Nguyễn Đức Nhân
• Diode thu quang PIN − Một số kiểu đáp ứng: 17/03/2014 209 Nguyễn Đức Nhân
• Diode thu quang PIN − Một số ví dụ: • Si, Ge: W ~ 20-50 m  tr > 200 ps • InGaAs: W ~ 3-5 m  tr ~ 10 ps  B ~ 10 GHz (tr >> RC) 17/03/2014 210 Nguyễn Đức Nhân

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.