光纖通信4 光檢測(cè)器與光接收機(jī)課件

光檢測(cè)器光檢測(cè)器與光接收機(jī)第四章光檢測(cè)器光檢測(cè)器與光接收機(jī)第四章1主要內(nèi)容光檢測(cè)器工作原理光電二極管的工作特性光接收機(jī)光接收機(jī)的噪聲數(shù)字接收機(jī)的靈敏度主要內(nèi)容光檢測(cè)器工作原理2光電二極管（PD）光檢測(cè)器利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。PN勢(shì)壘耗盡層光子進(jìn)入PN結(jié)，價(jià)帶的電子受激吸收將被激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生一對(duì)光生載流子，受內(nèi)建電場(chǎng)的作用，光生載流子的電子向N區(qū)漂移，空穴向P區(qū)漂移，載流子移動(dòng)到外部電路形成光電流。§4.1光檢測(cè)器工作原理外光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)真空光電二極管半導(dǎo)體光電二極管1、半導(dǎo)體光電二極管光生電流包括：漂移電流--耗盡區(qū)的光生載流子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)形成的電流擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流----P區(qū)的光生載流子形成的電流N區(qū)的光生載流子形成的電流光檢測(cè)器:檢測(cè)通過(guò)光纖傳來(lái)的光信號(hào)將光功率轉(zhuǎn)換為電流輸出。光電二極管（PD）光檢測(cè)器利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。PN勢(shì)壘耗盡3空間電荷區(qū)擴(kuò)散電流漂移電流增大漂移電流，減小擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流，光電轉(zhuǎn)換效率低，響應(yīng)速度慢漂移電流,光電轉(zhuǎn)換效率高，相應(yīng)速度快空間電荷區(qū)擴(kuò)散電流漂移電流增大漂移電流，減小擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流4增加PN結(jié)的反偏耗盡層加偏置電壓的好處：加大耗盡區(qū)的寬度，加強(qiáng)漂移電流的影響，減少擴(kuò)散電流的比例，提高響應(yīng)速度。同時(shí)，提高了電光轉(zhuǎn)換效率。但增加有限。另一種加大耗盡層的方法是引入本征半導(dǎo)體（I型半導(dǎo)體）增大漂移電流的方法增加PN結(jié)的反偏耗盡層加偏置電壓的好處：加大耗盡區(qū)的寬度，另52、PIN光電二極管結(jié)構(gòu)：PN結(jié)之間加了一層本征半導(dǎo)體（I層）PIN特點(diǎn)：I區(qū)的耗盡區(qū)很寬，入射光很容易產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)，形成漂移電流；提高了響應(yīng)速度。另外，I區(qū)的吸收系數(shù)小，因而光電轉(zhuǎn)化效率高。一、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)在p區(qū)和n區(qū)之間插入I區(qū)，增加了耗盡區(qū)的寬度，使得大部分的入射光在耗盡區(qū)被吸收，因此大部分的載流子也在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生。耗盡區(qū)的高電場(chǎng)使得電子-空穴對(duì)迅速分開(kāi)并在反向偏置的結(jié)區(qū)中向兩端流動(dòng)，然后在邊界處被收集，從而在外電路中形成電流。2、PIN光電二極管結(jié)構(gòu)：PN結(jié)之間加了一層本征半導(dǎo)體（I層6吸收系數(shù)被吸收的光功率產(chǎn)生的光電流光功率衰減w耗盡區(qū)寬度吸收系數(shù)被吸收的光功率產(chǎn)生的光電流光功率衰減w耗盡區(qū)寬度7由于吸收系數(shù)取決于光波長(zhǎng)，因此，特定的半導(dǎo)體材料只能應(yīng)用在有限的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。光吸收系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線?由于吸收系數(shù)取決于光波長(zhǎng)，因此，特定的半導(dǎo)體材料只能應(yīng)用在有81）雪崩光電二極管的的結(jié)構(gòu)3、雪崩光電二極管(APD)高摻雜的型半導(dǎo)體，為接觸層；I輕摻雜半導(dǎo)體層，為漂移區(qū)（光吸收區(qū)）；P型半導(dǎo)體，為倍增層（或稱雪崩區(qū)）；N+高摻雜的型半導(dǎo)體，為接觸層。1）雪崩光電二極管的的結(jié)構(gòu)3、雪崩光電二極管(APD)高9當(dāng)外加的反向偏壓比PIN情況下高得多時(shí)，這個(gè)電壓幾乎都降到P結(jié)上。特別是在高阻的PN結(jié)附近，電場(chǎng)強(qiáng)度可高達(dá)105V/m，已經(jīng)高出碰撞電離的電場(chǎng)。2）雪崩光電二極管(APD)的工作原理約100V—150V高反向偏置電場(chǎng)分布當(dāng)外加的反向偏壓比PIN情況下高得多時(shí)，這個(gè)10若光從P區(qū)照射，大部分光子將在較厚的I層被吸收，因而產(chǎn)生電子、空穴對(duì)，被勻強(qiáng)電場(chǎng)加速，運(yùn)動(dòng)到PN結(jié)強(qiáng)場(chǎng)區(qū)。若光從P區(qū)照射，大部分光子將在較厚的I層被吸收，因而產(chǎn)生電11入射光功率產(chǎn)生的電子空穴對(duì)經(jīng)過(guò)高場(chǎng)區(qū)時(shí)不斷被加速而獲得很高的能量，這些高能量的電子或空穴在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與價(jià)帶中的束縛電子碰撞，使晶格中的原子電離，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。新的電子空穴對(duì)受到同樣加速運(yùn)動(dòng)，又與原子碰撞電離，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，稱為二次電子空穴對(duì)。如此重復(fù)，使強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域中的電子和空穴成倍的增加，載流子和反向光生電流迅速增大，產(chǎn)生雪崩現(xiàn)象,這個(gè)物理過(guò)程稱為雪崩倍增效應(yīng)。入射光功率產(chǎn)生的電子空穴對(duì)經(jīng)過(guò)高場(chǎng)區(qū)時(shí)不斷被加速而12雪崩過(guò)程倍增了一次光生電流，因此，在雪崩光電二極管內(nèi)部就產(chǎn)生了放大作用。雪崩光電二極管就是這樣既可以檢測(cè)光信號(hào)，又能放大光信號(hào)電流。雪崩過(guò)程倍增了一次光生電流，因此，在雪崩光電二極管內(nèi)部就產(chǎn)生13高電場(chǎng)光一次電子高電場(chǎng)光一次電子14§4.2光電二極管的工作特性

光電二極管的主要特性參數(shù)包括響應(yīng)度、量子效率、響應(yīng)帶寬、APD的倍增系數(shù)及噪聲等。1、量子效率式中e是電子電荷，h是普朗克常數(shù)。2、響應(yīng)度：響應(yīng)度表征了光電二極管的能量轉(zhuǎn)換效率R的單位為A／W。

§4.2光電二極管的工作特性光電二極管的主要特性參數(shù)包括15

波長(zhǎng)λ的單位取μm響應(yīng)度隨波長(zhǎng)增加而增大。

波長(zhǎng)λ的單16例InGaAs的量子效率大約為90％，波長(zhǎng)為1300nm，求響應(yīng)度。例InGaAs的量子效率大約為90％，波長(zhǎng)為130173、APD光電二極管中所有載流子產(chǎn)生的倍增因子M雪崩增益后輸出電流的平均值未倍增時(shí)的初級(jí)光電流加在PN結(jié)的有效電壓雪崩電壓適配因子，與材料及結(jié)構(gòu)有關(guān)m3、APD光電二極管中所有載流子產(chǎn)生的倍增因子M雪崩增益后18例：一種硅APD在波長(zhǎng)900nm時(shí)的量子效率為65％，假定0.5uW的光功率產(chǎn)生的倍增電流為10uA，試求倍增因子M。倍增因子M為：因此，初級(jí)光電流被放大了43倍。APD的性能是由它的響應(yīng)度來(lái)表征。APD響應(yīng)度定義為其中是pin二極管得響應(yīng)度。初級(jí)光電流為：解：例：倍增因子M為：因此，初級(jí)光電流被放大了43倍。APD的194、光電檢測(cè)器的噪聲

暗電流噪聲

量子噪聲

熱噪聲

入射光子激發(fā)的電子空穴的隨機(jī)性產(chǎn)生的電流PIN在反偏情況下，沒(méi)有外來(lái)的光時(shí)產(chǎn)生的電流電阻的熱噪聲4、光電檢測(cè)器的噪聲暗電流噪聲量20

量子（散粒）噪聲的產(chǎn)生是由于光信號(hào)入射到光檢測(cè)器上時(shí)，光電子的產(chǎn)生和收集過(guò)程具有統(tǒng)計(jì)特性。光電效應(yīng)產(chǎn)生的光生載流子數(shù)是隨機(jī)起伏的，該統(tǒng)計(jì)過(guò)程服從泊松分布。量子噪聲的譜密度為常數(shù)對(duì)于pin對(duì)于APDB：接收機(jī)帶寬（1）量子噪聲PINM2(過(guò)剩)噪聲系數(shù)量子（散粒）噪聲的產(chǎn)生是由于光信號(hào)入射到光檢測(cè)21（2）光電二極管的暗電流噪聲其中ID是初級(jí)（未倍增過(guò)的）光檢測(cè)器體暗電流。（2）光電二極管的暗電流噪聲其中ID是初級(jí)（未倍增過(guò)的）光檢22光檢測(cè)器電阻的均方熱噪聲電流為：K：玻耳茲曼常數(shù)T：絕對(duì)溫度（3）對(duì)于光電探測(cè)器電阻的熱噪聲光檢測(cè)器電阻的均方熱噪聲電流為：K：玻耳茲曼常數(shù)（3）對(duì)235、檢測(cè)器響應(yīng)時(shí)間P(t)I(t)當(dāng)檢測(cè)器受到階躍光脈沖照射時(shí)，響應(yīng)時(shí)間可以用檢測(cè)器輸出脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間來(lái)表示光電二極管光電流的響應(yīng)時(shí)間主要取決于以下三個(gè)因素：1．耗盡區(qū)的光載流子的渡越時(shí)間；2．耗盡區(qū)外產(chǎn)生的光載流子的擴(kuò)散時(shí)間；3．光電二極管以及與其相關(guān)的電路的RC時(shí)間常數(shù)。渡越時(shí)間t由載流子漂移速度v和耗盡區(qū)寬度w決定一般情況下，耗盡區(qū)的電場(chǎng)足夠高，載流子都可以達(dá)到它們的散射極限速度。典型的Si光電二極管的耗盡區(qū)寬度為10um，極限響應(yīng)時(shí)間為0.1ns。光脈沖照射PD下,光電流的響應(yīng)時(shí)間。5、檢測(cè)器響應(yīng)時(shí)間P(t)I(t)當(dāng)檢測(cè)器受到階躍光脈沖照24快速反應(yīng)分量源于耗盡區(qū)產(chǎn)生的載流子，而慢速分量則是源于距離耗盡區(qū)邊界處的載流子的擴(kuò)散。耗盡區(qū)產(chǎn)生了快速分量，載流子擴(kuò)散造成了一個(gè)很慢的延遲拖尾。如果w太小，結(jié)電容也會(huì)變得很大。結(jié)電容Cj為：這個(gè)電容增大，就會(huì)使RC時(shí)間常數(shù)變大，從而限制了檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。在高頻響應(yīng)和高量子效率之間有一個(gè)合理的吸收區(qū)寬度的選擇。A＝擴(kuò)散層面積為了獲得較高的量子效率，耗盡區(qū)寬度必須大于1/（吸收系數(shù)的倒數(shù)）這樣才能吸收大部分的光。在脈沖上升沿，在脈沖下降沿，快速反應(yīng)分量源于耗盡區(qū)產(chǎn)生的載流子，而慢速分量則是源于耗盡區(qū)25如果光電二極管的電容較大，那它的響應(yīng)時(shí)間就會(huì)受到負(fù)載電阻RL和光電二極管結(jié)電容所構(gòu)成的RC時(shí)間常數(shù)所限制。如果耗盡區(qū)寬度太窄，則非耗盡材料產(chǎn)生的任何載流子在被吸收之前不得不擴(kuò)散到耗盡區(qū)。所以窄耗盡區(qū)的器件會(huì)有明顯不同的慢速和快速響應(yīng)分量。低電容、耗盡區(qū)寬度的光電二極管對(duì)矩形輸入脈沖的響應(yīng)的上升與下降時(shí)間與輸入脈沖比較一致。如果光電二極管的電容較大，那它的響應(yīng)時(shí)間就會(huì)受到負(fù)載電阻RL26光纖通信4光檢測(cè)器與光接收機(jī)課件27

Si、Ge、InGaAspin光電二極管的通用工作特性參數(shù)參數(shù)符號(hào)單位SiGeInGaAs波長(zhǎng)范圍響應(yīng)度暗電流上升時(shí)間帶寬偏置電壓nmA/WnAnsGHzV400～11000.4～0.61～100.5～1.00.3～0.75800～16500.4～0.550～5000.1～0.50.5～3.05～101100～17000.75～0.950.5～2.00.05～0.51.0～2.05

Si、Ge、InGaAs雪崩光電二極管的通用工作特性參數(shù)M·B參數(shù)符號(hào)單位SiGeInGaAs波長(zhǎng)范圍雪崩增益暗電流上升時(shí)間增益帶寬積偏置電壓nm－nAnsGHzV400～110020～4000.1～10.1～2100～400150~400800～165050～20050～5000.5～0.82～1020～401100～170010～4010～500.1～0.520～25020~30MSi、Ge、InGaAspin光電二極管的通用工作特性參數(shù)28應(yīng)用APD：用于靈敏度要求較高的地方，但造價(jià)高PIN：靈敏度要求不高的地方，便宜應(yīng)用APD：用于靈敏度要求較高的地方，但造價(jià)高PIN：靈29§4.3光接收機(jī)

光接收機(jī)的任務(wù)：從接收到帶有附加噪聲及失真的微弱光信號(hào)中恢復(fù)出攜帶的信息。光纖通信系統(tǒng)有模擬和數(shù)字兩大類光接收機(jī)也有數(shù)字接收機(jī)和模擬接收機(jī)兩種形式。光接收機(jī)的輸出特性綜合反映了整個(gè)光纖通信系統(tǒng)的性能?！?.3光接收機(jī)

光接收機(jī)的任務(wù)：光纖通信系統(tǒng)有模擬和數(shù)字兩301、數(shù)字光接收機(jī)組成光檢測(cè)器前置放大器主放大器均衡器數(shù)字信號(hào)恢復(fù)、時(shí)鐘線路譯碼接口偏置電路自動(dòng)增益控制線性通道線性通道主要完成對(duì)信號(hào)的線性放大，以滿足判決電平的要求。接收機(jī)的前端包括反向偏壓下的光電二極管和前置放大器。數(shù)字信號(hào)和時(shí)鐘恢復(fù)電路。1、數(shù)字光接收機(jī)組成光檢測(cè)器前置放大器主放大器均衡器數(shù)字信號(hào)31

2、光接收機(jī)前端接收機(jī)前端等效電路：放大電路的輸入電容為Ca輸入電阻為Ra光電二極管的串聯(lián)電阻Rs，總電容Cd作用：是將光纖線路末端耦合到光電二極管的光比特流轉(zhuǎn)換為時(shí)變電流，然后進(jìn)行預(yù)放大，以便后級(jí)作進(jìn)一步處理。要求：一臺(tái)性能優(yōu)良的光接收機(jī)，應(yīng)具有無(wú)失真地檢測(cè)和恢復(fù)微弱信號(hào)的能力，這首先要求光接收機(jī)具有：

前端應(yīng)有低噪聲；高靈敏度；足夠的帶寬。2、光接收機(jī)前端接收機(jī)前端等效電路：放大電路的輸入電容為Ca32前端的設(shè)計(jì)有3種不同的方案低阻抗前端高阻抗前端跨阻抗前端低（高）阻抗前端跨阻抗前端低阻抗前端從頻帶要求出發(fā)選擇光檢測(cè)器的負(fù)載電阻RL，使其滿足Δf為碼速率所要求的前端帶寬；Ct=Cj+Cs+Ca；Cj---為光電二極管的結(jié)電容；Cs---為光電二極管和前置放大器引線的雜散電容；Ca---為前置放大器的輸入電容。低阻抗前端優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，不需要或只需要很少的均衡，前置級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍也較大。低阻抗前端缺點(diǎn)：靈敏度較低，噪聲比較高。

前端的設(shè)計(jì)有3種不同的方案低阻抗前端低（高）阻抗前端跨阻抗33

（2）高阻抗前端

高阻抗前端優(yōu)點(diǎn)：

噪聲低，靈敏度高。

高阻抗前端缺點(diǎn)：帶寬窄，需要增加均衡網(wǎng)絡(luò)，對(duì)頻響特性進(jìn)行補(bǔ)償，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)態(tài)范圍小。（2）高阻抗前端高阻抗前端優(yōu)點(diǎn)：34（3）跨(互)阻抗前端

這種前端將負(fù)載電阻連接為反相放大器的反饋電阻，因而又稱互阻抗前端?；プ杩骨岸耸且粋€(gè)性能優(yōu)良的電流—電壓轉(zhuǎn)換器，即使RL很高，而負(fù)反饋使有效輸入阻抗降低了G倍，G是前置放大器增益，從而使其帶寬比高阻抗前端增加了G倍.優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)態(tài)范圍大，頻帶寬、噪聲低、靈敏度高。（3）跨(互)阻抗前端這種前端將負(fù)載電阻連接為反相放大器的353、光接收機(jī)的線性通道

光接收機(jī)的線性通道由一個(gè)高增益放大器和一個(gè)低通濾波器（或均衡器

）組成。自動(dòng)增益控制(AGC)放大器：將放大器的平均輸出電壓限制在固定電平而不隨輸入平均光功率而變。低通濾波器（或均衡器

）：使電壓脈沖整形，降低噪聲，控制可能出現(xiàn)的碼間串?dāng)_(ISI)。接收機(jī)噪聲正比于接收機(jī)帶寬，為降低噪聲，采用帶寬Δf小于比特率B的低通濾波器。在接收機(jī)設(shè)計(jì)中其他部件的帶寬均大于濾波器帶寬，因此接收機(jī)帶寬主要由線性通道的低通濾波器決定。

3、光接收機(jī)的線性通道36

當(dāng)Δf＜B時(shí)，電脈沖展寬超過(guò)了規(guī)定的比特時(shí)隙，將可能干擾相鄰比特時(shí)隙的檢測(cè)，引起碼間串?dāng)_，濾波器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)生這種現(xiàn)象。均衡器的作用是消除放大器、光纖等部件引起的信號(hào)波形失真，經(jīng)過(guò)均衡器以后的波形成為有利于判決的波形，使碼間干擾減小到最小。經(jīng)過(guò)均衡以后的波形，在本碼判決時(shí)刻，波形的瞬時(shí)值應(yīng)為最大值。而這個(gè)本碼波形的拖尾在鄰碼判決時(shí)刻的瞬時(shí)值應(yīng)為零。信道特性均衡當(dāng)Δf＜B時(shí)，電脈沖展寬超過(guò)了規(guī)定的比特時(shí)隙，將可能37多級(jí)網(wǎng)絡(luò)的噪聲噪聲系數(shù)放大器的噪聲系數(shù)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)的噪聲噪聲系數(shù)放大器的噪聲系數(shù)384、數(shù)據(jù)恢復(fù)電路

光接收機(jī)的數(shù)據(jù)恢復(fù)部分的任務(wù)是把線性通道輸出的模擬信號(hào)恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)。由三部分組成：時(shí)鐘提取電路取樣判決電路數(shù)字信號(hào)波形成型電路取樣判決電路4、數(shù)據(jù)恢復(fù)電路光接收機(jī)的數(shù)據(jù)恢復(fù)部分的任務(wù)是把線39為了重建數(shù)字信號(hào)，則要判定每個(gè)碼元是“0”還是“1”，這首先要確定判決時(shí)刻。為此，要從升余弦信號(hào)中提取準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)，并經(jīng)過(guò)適當(dāng)移相后，在最佳時(shí)刻對(duì)升余弦信號(hào)取樣，然后將取樣幅度與判決閾值進(jìn)行比較，確定碼元是“0”還是“1”，從而把升余弦波形恢復(fù)重建成原傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。最佳取樣時(shí)間相應(yīng)于在“1”和“0”信號(hào)電平相差最大的位置，可由眼圖決定，它由不同比特電脈沖頂部疊加而成。為了重建數(shù)字信號(hào)，則要判定每個(gè)碼元是“0”還是“1”40非歸零碼(NRZ)數(shù)字光接收的眼圖噪聲和時(shí)間抖動(dòng)導(dǎo)致的半張半閉退化眼圖，最佳取樣時(shí)間相應(yīng)于眼睛睜開(kāi)最大處的時(shí)間。

理想眼圖非歸零碼(NRZ)數(shù)字光接收的眼圖噪聲和時(shí)間抖動(dòng)導(dǎo)致的半張414.4光接收機(jī)的信噪比在光纖通信系統(tǒng)中，通常要求光電二極管能檢測(cè)出微弱的光信號(hào)。為了得到較高的信噪比，可以采取以下措施：為了檢測(cè)到最小可能的信號(hào)，必須對(duì)光檢測(cè)器和它隨后的放大器電路進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此來(lái)保證一定的信噪比。光接收機(jī)輸出端的信噪比S/N定義為光檢測(cè)器必須要有很高的量子效率，以產(chǎn)生較大的信號(hào)功率；使光檢測(cè)器和放大器噪聲保持盡可能低的值。4.4光接收機(jī)的信噪比在光纖通信系統(tǒng)中，通常要求光電二極管42放大器輸入端的信噪比為：光檢測(cè)器前置放大器主放大器均衡器數(shù)字信號(hào)恢復(fù)、時(shí)鐘線路譯碼接口放大器輸入端的信噪比為：光檢測(cè)器前置放大器主放大器均衡器數(shù)字43取樣判決器輸入端的信噪比放大器增益G噪聲系數(shù)NF取樣判決器放大器增益G噪聲系數(shù)NF=1取樣判決器取樣判決器輸入端的噪聲功率取樣判決器輸入端的噪聲功率取樣判決器輸入端的信噪比放大器取樣判決器放大器取樣判決器取樣444.5數(shù)字接收機(jī)的靈敏度數(shù)字接收機(jī)的靈敏度是指當(dāng)數(shù)字接收機(jī)的輸出信號(hào)質(zhì)量-----誤碼率達(dá)到質(zhì)量要求時(shí)，數(shù)字接收機(jī)接收的最小光功率靈敏度和誤碼率有關(guān)誤碼率和信號(hào)的失真和信號(hào)中的噪聲有關(guān)誤碼率（BER：biterror）:誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)是衡量通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)精確性的指標(biāo)。4.5數(shù)字接收機(jī)的靈敏度數(shù)字接收機(jī)的靈敏度是指靈敏度和45

誤碼率與通話質(zhì)量誤碼率通話質(zhì)量10－6感覺(jué)不到干擾10－5在低話音電平范圍內(nèi)感覺(jué)輕微干擾10－4在低話音電平范圍內(nèi)有個(gè)別“咯咯”聲10－3在低話音電平范圍內(nèi)都感覺(jué)有干擾10－2強(qiáng)烈干擾，聽(tīng)懂程度明顯下降0.5幾乎聽(tīng)不懂誤碼率與通話質(zhì)量通話質(zhì)量10－6感覺(jué)不到干擾10－5在低話46“1”碼出現(xiàn)的概率為P(1);“0”碼出現(xiàn)的概率為P(0);接收機(jī)把“0”碼誤判為“1”碼的概率為P(1/0);接收機(jī)把“1”碼誤判為“0”碼的概率為P(0/1);那么誤碼率為：BER=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)經(jīng)過(guò)線路編碼，數(shù)字信號(hào)序列中“0”碼和“1”碼出現(xiàn)的概率各為1/2一、接收機(jī)誤碼率BER={P(1/0)+P(0/1)}/2設(shè)光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)字序列中，“1”碼出現(xiàn)的概率為P(1);“0”碼出現(xiàn)的概率為P(0);47100BER={P(1/0)+P(0/1)}/2P(1/0)?P(0/1)?理想無(wú)噪聲時(shí)：實(shí)際有噪聲時(shí)：如果“0”碼出現(xiàn)時(shí)，信號(hào)電流的概率密度為如果“1”碼出現(xiàn)時(shí)，信號(hào)電流的概率密度為設(shè)判決門限電流為100BER={P(1/0)+P(0/1)}/2P(1/0)48BER={P(1/0)+P(0/1)}/2對(duì)于噪聲方差為，均值為的高斯白噪聲，概率密度函數(shù)為誤差函數(shù)BER={P(1/0)+P(0/1)}/2BER={P(1/0)+P(0/1)}/2對(duì)于噪聲方差為4910010050一般“0”信號(hào)對(duì)應(yīng)于二、靈敏度一般“0”信號(hào)對(duì)應(yīng)于二、靈敏度51例：一光接收機(jī)采用PIN-PD要使誤碼率求靈敏度。解：Q=6例：一光接收機(jī)采用PIN-PD要使誤碼率求靈敏度。解：Q=652例：一光接收機(jī)采用PIN-PD數(shù)字信號(hào)速率只考慮熱噪聲，求靈敏度。要使誤碼率解：Q=6.5例：一光接收機(jī)采用PIN-PD數(shù)字信號(hào)速率只考慮熱噪聲，求靈53靈敏度的量子極限在這樣的條件下，數(shù)字系統(tǒng)對(duì)于特定誤碼率有一個(gè)最小接收光功率要求，這個(gè)最小接收功率值就是量子極限。靈敏度的理論最小值假設(shè)：沒(méi)有暗電流沒(méi)有光子輸入時(shí)，也不會(huì)有電子產(chǎn)生。由于因?yàn)槲覀兗俣ㄋ邢到y(tǒng)參數(shù)都是理想的，所以系統(tǒng)性能就僅僅受限于光檢測(cè)過(guò)程中具有統(tǒng)計(jì)特性的量子噪聲。如果有一個(gè)電子產(chǎn)生，就認(rèn)為是1。靈敏度的量子極限在這樣的條件下，數(shù)字系統(tǒng)對(duì)于特定誤碼率有一54設(shè)照射到光電檢測(cè)器的光功率為在時(shí)間內(nèi)照射帶光電檢測(cè)器中的光能量是在時(shí)間內(nèi)光電檢測(cè)器產(chǎn)生的平均電子－空穴數(shù)對(duì)是光電二極管產(chǎn)生的初始光電流是一個(gè)時(shí)變的泊松過(guò)程實(shí)際產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)的值是關(guān)于于平均值起伏的泊松分布：是在時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)射個(gè)電子的概率。設(shè)照射到光電檢測(cè)器的光功率為在時(shí)間內(nèi)照射帶光電檢測(cè)器中的55假設(shè)在時(shí)間段內(nèi)有一個(gè)能量為E的光脈沖落在光檢測(cè)器上，如果光脈沖出現(xiàn)時(shí)沒(méi)有電子空穴對(duì)產(chǎn)生則被接收機(jī)判斷為0脈沖。該時(shí)間段內(nèi)發(fā)射0個(gè)電子的概率為：.假設(shè)在時(shí)間段內(nèi)有一個(gè)能量為E的光脈沖落在光檢測(cè)器上，56例：一個(gè)傳輸速率為10Mb/s的系統(tǒng)，BER要求達(dá)到10－9，試求光檢測(cè)器上的最小入射光功率。如果檢測(cè)器的量子效率為1，（假定0和1脈沖的個(gè)數(shù)相等，是數(shù)據(jù)速率B的一半），850nm。解：例：一個(gè)傳輸速率為10Mb/s的系統(tǒng)，BER要求達(dá)到10－957主要內(nèi)容光檢測(cè)器工作原理光電二極管的工作特性光接收機(jī)光接收機(jī)的信噪比數(shù)字接收機(jī)的靈敏度主要內(nèi)容光檢測(cè)器工作原理58光纖通信4光檢測(cè)器與光接收機(jī)課件59由于通常稱為均方根噪聲，故也就是峰值均方根信噪比

設(shè)由于通常稱為均方根噪聲，設(shè)60光纖通信4光檢測(cè)器與光接收機(jī)課件61例：一光接收機(jī)采用PIN-PD要使誤碼率求靈敏度。解：Q=6例：一光接收機(jī)采用PIN-PD數(shù)字信號(hào)速率只考慮熱噪聲，求靈敏度。要使誤碼率解：Q=6.5例：一光接收機(jī)采用PIN-PD要使誤碼率求靈敏度。解：Q=662光纖通信4光檢測(cè)器與光接收機(jī)課件63光檢測(cè)器光檢測(cè)器與光接收機(jī)第四章光檢測(cè)器光檢測(cè)器與光接收機(jī)第四章64主要內(nèi)容光檢測(cè)器工作原理光電二極管的工作特性光接收機(jī)光接收機(jī)的噪聲數(shù)字接收機(jī)的靈敏度主要內(nèi)容光檢測(cè)器工作原理65光電二極管（PD）光檢測(cè)器利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。PN勢(shì)壘耗盡層光子進(jìn)入PN結(jié)，價(jià)帶的電子受激吸收將被激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生一對(duì)光生載流子，受內(nèi)建電場(chǎng)的作用，光生載流子的電子向N區(qū)漂移，空穴向P區(qū)漂移，載流子移動(dòng)到外部電路形成光電流?！?.1光檢測(cè)器工作原理外光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)真空光電二極管半導(dǎo)體光電二極管1、半導(dǎo)體光電二極管光生電流包括：漂移電流--耗盡區(qū)的光生載流子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)形成的電流擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流----P區(qū)的光生載流子形成的電流N區(qū)的光生載流子形成的電流光檢測(cè)器:檢測(cè)通過(guò)光纖傳來(lái)的光信號(hào)將光功率轉(zhuǎn)換為電流輸出。光電二極管（PD）光檢測(cè)器利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。PN勢(shì)壘耗盡66空間電荷區(qū)擴(kuò)散電流漂移電流增大漂移電流，減小擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流，光電轉(zhuǎn)換效率低，響應(yīng)速度慢漂移電流,光電轉(zhuǎn)換效率高，相應(yīng)速度快空間電荷區(qū)擴(kuò)散電流漂移電流增大漂移電流，減小擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流67增加PN結(jié)的反偏耗盡層加偏置電壓的好處：加大耗盡區(qū)的寬度，加強(qiáng)漂移電流的影響，減少擴(kuò)散電流的比例，提高響應(yīng)速度。同時(shí)，提高了電光轉(zhuǎn)換效率。但增加有限。另一種加大耗盡層的方法是引入本征半導(dǎo)體（I型半導(dǎo)體）增大漂移電流的方法增加PN結(jié)的反偏耗盡層加偏置電壓的好處：加大耗盡區(qū)的寬度，另682、PIN光電二極管結(jié)構(gòu)：PN結(jié)之間加了一層本征半導(dǎo)體（I層）PIN特點(diǎn)：I區(qū)的耗盡區(qū)很寬，入射光很容易產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)，形成漂移電流；提高了響應(yīng)速度。另外，I區(qū)的吸收系數(shù)小，因而光電轉(zhuǎn)化效率高。一、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)在p區(qū)和n區(qū)之間插入I區(qū)，增加了耗盡區(qū)的寬度，使得大部分的入射光在耗盡區(qū)被吸收，因此大部分的載流子也在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生。耗盡區(qū)的高電場(chǎng)使得電子-空穴對(duì)迅速分開(kāi)并在反向偏置的結(jié)區(qū)中向兩端流動(dòng)，然后在邊界處被收集，從而在外電路中形成電流。2、PIN光電二極管結(jié)構(gòu)：PN結(jié)之間加了一層本征半導(dǎo)體（I層69吸收系數(shù)被吸收的光功率產(chǎn)生的光電流光功率衰減w耗盡區(qū)寬度吸收系數(shù)被吸收的光功率產(chǎn)生的光電流光功率衰減w耗盡區(qū)寬度70由于吸收系數(shù)取決于光波長(zhǎng)，因此，特定的半導(dǎo)體材料只能應(yīng)用在有限的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。光吸收系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線?由于吸收系數(shù)取決于光波長(zhǎng)，因此，特定的半導(dǎo)體材料只能應(yīng)用在有711）雪崩光電二極管的的結(jié)構(gòu)3、雪崩光電二極管(APD)高摻雜的型半導(dǎo)體，為接觸層；I輕摻雜半導(dǎo)體層，為漂移區(qū)（光吸收區(qū)）；P型半導(dǎo)體，為倍增層（或稱雪崩區(qū)）；N+高摻雜的型半導(dǎo)體，為接觸層。1）雪崩光電二極管的的結(jié)構(gòu)3、雪崩光電二極管(APD)高72當(dāng)外加的反向偏壓比PIN情況下高得多時(shí)，這個(gè)電壓幾乎都降到P結(jié)上。特別是在高阻的PN結(jié)附近，電場(chǎng)強(qiáng)度可高達(dá)105V/m，已經(jīng)高出碰撞電離的電場(chǎng)。2）雪崩光電二極管(APD)的工作原理約100V—150V高反向偏置電場(chǎng)分布當(dāng)外加的反向偏壓比PIN情況下高得多時(shí)，這個(gè)73若光從P區(qū)照射，大部分光子將在較厚的I層被吸收，因而產(chǎn)生電子、空穴對(duì)，被勻強(qiáng)電場(chǎng)加速，運(yùn)動(dòng)到PN結(jié)強(qiáng)場(chǎng)區(qū)。若光從P區(qū)照射，大部分光子將在較厚的I層被吸收，因而產(chǎn)生電74入射光功率產(chǎn)生的電子空穴對(duì)經(jīng)過(guò)高場(chǎng)區(qū)時(shí)不斷被加速而獲得很高的能量，這些高能量的電子或空穴在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與價(jià)帶中的束縛電子碰撞，使晶格中的原子電離，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。新的電子空穴對(duì)受到同樣加速運(yùn)動(dòng)，又與原子碰撞電離，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，稱為二次電子空穴對(duì)。如此重復(fù)，使強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域中的電子和空穴成倍的增加，載流子和反向光生電流迅速增大，產(chǎn)生雪崩現(xiàn)象,這個(gè)物理過(guò)程稱為雪崩倍增效應(yīng)。入射光功率產(chǎn)生的電子空穴對(duì)經(jīng)過(guò)高場(chǎng)區(qū)時(shí)不斷被加速而75雪崩過(guò)程倍增了一次光生電流，因此，在雪崩光電二極管內(nèi)部就產(chǎn)生了放大作用。雪崩光電二極管就是這樣既可以檢測(cè)光信號(hào)，又能放大光信號(hào)電流。雪崩過(guò)程倍增了一次光生電流，因此，在雪崩光電二極管內(nèi)部就產(chǎn)生76高電場(chǎng)光一次電子高電場(chǎng)光一次電子77§4.2光電二極管的工作特性

光電二極管的主要特性參數(shù)包括響應(yīng)度、量子效率、響應(yīng)帶寬、APD的倍增系數(shù)及噪聲等。1、量子效率式中e是電子電荷，h是普朗克常數(shù)。2、響應(yīng)度：響應(yīng)度表征了光電二極管的能量轉(zhuǎn)換效率R的單位為A／W。

§4.2光電二極管的工作特性光電二極管的主要特性參數(shù)包括78

波長(zhǎng)λ的單位取μm響應(yīng)度隨波長(zhǎng)增加而增大。

波長(zhǎng)λ的單79例InGaAs的量子效率大約為90％，波長(zhǎng)為1300nm，求響應(yīng)度。例InGaAs的量子效率大約為90％，波長(zhǎng)為130803、APD光電二極管中所有載流子產(chǎn)生的倍增因子M雪崩增益后輸出電流的平均值未倍增時(shí)的初級(jí)光電流加在PN結(jié)的有效電壓雪崩電壓適配因子，與材料及結(jié)構(gòu)有關(guān)m3、APD光電二極管中所有載流子產(chǎn)生的倍增因子M雪崩增益后81例：一種硅APD在波長(zhǎng)900nm時(shí)的量子效率為65％，假定0.5uW的光功率產(chǎn)生的倍增電流為10uA，試求倍增因子M。倍增因子M為：因此，初級(jí)光電流被放大了43倍。APD的性能是由它的響應(yīng)度來(lái)表征。APD響應(yīng)度定義為其中是pin二極管得響應(yīng)度。初級(jí)光電流為：解：例：倍增因子M為：因此，初級(jí)光電流被放大了43倍。APD的824、光電檢測(cè)器的噪聲

暗電流噪聲

量子噪聲

熱噪聲

入射光子激發(fā)的電子空穴的隨機(jī)性產(chǎn)生的電流PIN在反偏情況下，沒(méi)有外來(lái)的光時(shí)產(chǎn)生的電流電阻的熱噪聲4、光電檢測(cè)器的噪聲暗電流噪聲量83

量子（散粒）噪聲的產(chǎn)生是由于光信號(hào)入射到光檢測(cè)器上時(shí)，光電子的產(chǎn)生和收集過(guò)程具有統(tǒng)計(jì)特性。光電效應(yīng)產(chǎn)生的光生載流子數(shù)是隨機(jī)起伏的，該統(tǒng)計(jì)過(guò)程服從泊松分布。量子噪聲的譜密度為常數(shù)對(duì)于pin對(duì)于APDB：接收機(jī)帶寬（1）量子噪聲PINM2(過(guò)剩)噪聲系數(shù)量子（散粒）噪聲的產(chǎn)生是由于光信號(hào)入射到光檢測(cè)84（2）光電二極管的暗電流噪聲其中ID是初級(jí)（未倍增過(guò)的）光檢測(cè)器體暗電流。（2）光電二極管的暗電流噪聲其中ID是初級(jí)（未倍增過(guò)的）光檢85光檢測(cè)器電阻的均方熱噪聲電流為：K：玻耳茲曼常數(shù)T：絕對(duì)溫度（3）對(duì)于光電探測(cè)器電阻的熱噪聲光檢測(cè)器電阻的均方熱噪聲電流為：K：玻耳茲曼常數(shù)（3）對(duì)865、檢測(cè)器響應(yīng)時(shí)間P(t)I(t)當(dāng)檢測(cè)器受到階躍光脈沖照射時(shí)，響應(yīng)時(shí)間可以用檢測(cè)器輸出脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間來(lái)表示光電二極管光電流的響應(yīng)時(shí)間主要取決于以下三個(gè)因素：1．耗盡區(qū)的光載流子的渡越時(shí)間；2．耗盡區(qū)外產(chǎn)生的光載流子的擴(kuò)散時(shí)間；3．光電二極管以及與其相關(guān)的電路的RC時(shí)間常數(shù)。渡越時(shí)間t由載流子漂移速度v和耗盡區(qū)寬度w決定一般情況下，耗盡區(qū)的電場(chǎng)足夠高，載流子都可以達(dá)到它們的散射極限速度。典型的Si光電二極管的耗盡區(qū)寬度為10um，極限響應(yīng)時(shí)間為0.1ns。光脈沖照射PD下,光電流的響應(yīng)時(shí)間。5、檢測(cè)器響應(yīng)時(shí)間P(t)I(t)當(dāng)檢測(cè)器受到階躍光脈沖照87快速反應(yīng)分量源于耗盡區(qū)產(chǎn)生的載流子，而慢速分量則是源于距離耗盡區(qū)邊界處的載流子的擴(kuò)散。耗盡區(qū)產(chǎn)生了快速分量，載流子擴(kuò)散造成了一個(gè)很慢的延遲拖尾。如果w太小，結(jié)電容也會(huì)變得很大。結(jié)電容Cj為：這個(gè)電容增大，就會(huì)使RC時(shí)間常數(shù)變大，從而限制了檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。在高頻響應(yīng)和高量子效率之間有一個(gè)合理的吸收區(qū)寬度的選擇。A＝擴(kuò)散層面積為了獲得較高的量子效率，耗盡區(qū)寬度必須大于1/（吸收系數(shù)的倒數(shù)）這樣才能吸收大部分的光。在脈沖上升沿，在脈沖下降沿，快速反應(yīng)分量源于耗盡區(qū)產(chǎn)生的載流子，而慢速分量則是源于耗盡區(qū)88如果光電二極管的電容較大，那它的響應(yīng)時(shí)間就會(huì)受到負(fù)載電阻RL和光電二極管結(jié)電容所構(gòu)成的RC時(shí)間常數(shù)所限制。如果耗盡區(qū)寬度太窄，則非耗盡材料產(chǎn)生的任何載流子在被吸收之前不得不擴(kuò)散到耗盡區(qū)。所以窄耗盡區(qū)的器件會(huì)有明顯不同的慢速和快速響應(yīng)分量。低電容、耗盡區(qū)寬度的光電二極管對(duì)矩形輸入脈沖的響應(yīng)的上升與下降時(shí)間與輸入脈沖比較一致。如果光電二極管的電容較大，那它的響應(yīng)時(shí)間就會(huì)受到負(fù)載電阻RL89光纖通信4光檢測(cè)器與光接收機(jī)課件90

Si、Ge、InGaAspin光電二極管的通用工作特性參數(shù)參數(shù)符號(hào)單位SiGeInGaAs波長(zhǎng)范圍響應(yīng)度暗電流上升時(shí)間帶寬偏置電壓nmA/WnAnsGHzV400～11000.4～0.61～100.5～1.00.3～0.75800～16500.4～0.550～5000.1～0.50.5～3.05～101100～17000.75～0.950.5～2.00.05～0.51.0～2.05

Si、Ge、InGaAs雪崩光電二極管的通用工作特性參數(shù)M·B參數(shù)符號(hào)單位SiGeInGaAs波長(zhǎng)范圍雪崩增益暗電流上升時(shí)間增益帶寬積偏置電壓nm－nAnsGHzV400～110020～4000.1～10.1～2100～400150~400800～165050～20050～5000.5～0.82～1020～401100～170010～4010～500.1～0.520～25020~30MSi、Ge、InGaAspin光電二極管的通用工作特性參數(shù)91應(yīng)用APD：用于靈敏度要求較高的地方，但造價(jià)高PIN：靈敏度要求不高的地方，便宜應(yīng)用APD：用于靈敏度要求較高的地方，但造價(jià)高PIN：靈92§4.3光接收機(jī)

光接收機(jī)的任務(wù)：從接收到帶有附加噪聲及失真的微弱光信號(hào)中恢復(fù)出攜帶的信息。光纖通信系統(tǒng)有模擬和數(shù)字兩大類光接收機(jī)也有數(shù)字接收機(jī)和模擬接收機(jī)兩種形式。光接收機(jī)的輸出特性綜合反映了整個(gè)光纖通信系統(tǒng)的性能?！?.3光接收機(jī)

光接收機(jī)的任務(wù)：光纖通信系統(tǒng)有模擬和數(shù)字兩931、數(shù)字光接收機(jī)組成光檢測(cè)器前置放大器主放大器均衡器數(shù)字信號(hào)恢復(fù)、時(shí)鐘線路譯碼接口偏置電路自動(dòng)增益控制線性通道線性通道主要完成對(duì)信號(hào)的線性放大，以滿足判決電平的要求。接收機(jī)的前端包括反向偏壓下的光電二極管和前置放大器。數(shù)字信號(hào)和時(shí)鐘恢復(fù)電路。1、數(shù)字光接收機(jī)組成光檢測(cè)器前置放大器主放大器均衡器數(shù)字信號(hào)94

2、光接收機(jī)前端接收機(jī)前端等效電路：放大電路的輸入電容為Ca輸入電阻為Ra光電二極管的串聯(lián)電阻Rs，總電容Cd作用：是將光纖線路末端耦合到光電二極管的光比特流轉(zhuǎn)換為時(shí)變電流，然后進(jìn)行預(yù)放大，以便后級(jí)作進(jìn)一步處理。要求：一臺(tái)性能優(yōu)良的光接收機(jī)，應(yīng)具有無(wú)失真地檢測(cè)和恢復(fù)微弱信號(hào)的能力，這首先要求光接收機(jī)具有：

前端應(yīng)有低噪聲；高靈敏度；足夠的帶寬。2、光接收機(jī)前端接收機(jī)前端等效電路：放大電路的輸入電容為Ca95前端的設(shè)計(jì)有3種不同的方案低阻抗前端高阻抗前端跨阻抗前端低（高）阻抗前端跨阻抗前端低阻抗前端從頻帶要求出發(fā)選擇光檢測(cè)器的負(fù)載電阻RL，使其滿足Δf為碼速率所要求的前端帶寬；Ct=Cj+Cs+Ca；Cj---為光電二極管的結(jié)電容；Cs---為光電二極管和前置放大器引線的雜散電容；Ca---為前置放大器的輸入電容。低阻抗前端優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，不需要或只需要很少的均衡，前置級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍也較大。低阻抗前端缺點(diǎn)：靈敏度較低，噪聲比較高。

前端的設(shè)計(jì)有3種不同的方案低阻抗前端低（高）阻抗前端跨阻抗96

（2）高阻抗前端

高阻抗前端優(yōu)點(diǎn)：

噪聲低，靈敏度高。

高阻抗前端缺點(diǎn)：帶寬窄，需要增加均衡網(wǎng)絡(luò)，對(duì)頻響特性進(jìn)行補(bǔ)償，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)態(tài)范圍小。（2）高阻抗前端高阻抗前端優(yōu)點(diǎn)：97（3）跨(互)阻抗前端

這種前端將負(fù)載電阻連接為反相放大器的反饋電阻，因而又稱互阻抗前端?；プ杩骨岸耸且粋€(gè)性能優(yōu)良的電流—電壓轉(zhuǎn)換器，即使RL很高，而負(fù)反饋使有效輸入阻抗降低了G倍，G是前置放大器增益，從而使其帶寬比高阻抗前端增加了G倍.優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)態(tài)范圍大，頻帶寬、噪聲低、靈敏度高。（3）跨(互)阻抗前端這種前端將負(fù)載電阻連接為反相放大器的983、光接收機(jī)的線性通道

光接收機(jī)的線性通道由一個(gè)高增益放大器和一個(gè)低通濾波器（或均衡器

）組成。自動(dòng)增益控制(AGC)放大器：將放大器的平均輸出電壓限制在固定電平而不隨輸入平均光功率而變。低通濾波器（或均衡器

）：使電壓脈沖整形，降低噪聲，控制可能出現(xiàn)的碼間串?dāng)_(ISI)。接收機(jī)噪聲正比于接收機(jī)帶寬，為降低噪聲，采用帶寬Δf小于比特率B的低通濾波器。在接收機(jī)設(shè)計(jì)中其他部件的帶寬均大于濾波器帶寬，因此接收機(jī)帶寬主要由線性通道的低通濾波器決定。

3、光接收機(jī)的線性通道99

當(dāng)Δf＜B時(shí)，電脈沖展寬超過(guò)了規(guī)定的比特時(shí)隙，將可能干擾相鄰比特時(shí)隙的檢測(cè)，引起碼間串?dāng)_，濾波器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)生這種現(xiàn)象。均衡器的作用是消除放大器、光纖等部件引起的信號(hào)波形失真，經(jīng)過(guò)均衡器以后的波形成為有利于判決的波形，使碼間干擾減小到最小。經(jīng)過(guò)均衡以后的波形，在本碼判決時(shí)刻，波形的瞬時(shí)值應(yīng)為最大值。而這個(gè)本碼波形的拖尾在鄰碼判決時(shí)刻的瞬時(shí)值應(yīng)為零。信道特性均衡當(dāng)Δf＜B時(shí)，電脈沖展寬超過(guò)了規(guī)定的比特時(shí)隙，將可能100多級(jí)網(wǎng)絡(luò)的噪聲噪聲系數(shù)放大器的噪聲系數(shù)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)的噪聲噪聲系數(shù)放大器的噪聲系數(shù)1014、數(shù)據(jù)恢復(fù)電路

光接收機(jī)的數(shù)據(jù)恢復(fù)部分的任務(wù)是把線性通道輸出的模擬信號(hào)恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)。由三部分組成：時(shí)鐘提取電路取樣判決電路數(shù)字信號(hào)波形成型電路取樣判決電路4、數(shù)據(jù)恢復(fù)電路光接收機(jī)的數(shù)據(jù)恢復(fù)部分的任務(wù)是把線102為了重建數(shù)字信號(hào)，則要判定每個(gè)碼元是“0”還是“1”，這首先要確定判決時(shí)刻。為此，要從升余弦信號(hào)中提取準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)，并經(jīng)過(guò)適當(dāng)移相后，在最佳時(shí)刻對(duì)升余弦信號(hào)取樣，然后將取樣幅度與判決閾值進(jìn)行比較，確定碼元是“0”還是“1”，從而把升余弦波形恢復(fù)重建成原傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。最佳取樣時(shí)間相應(yīng)于在“1”和“0”信號(hào)電平相差最大的位置，可由眼圖決定，它由不同比特電脈沖頂部疊加而成。為了重建數(shù)字信號(hào)，則要判定每個(gè)碼元是“0”還是“1”103非歸零碼(NRZ)數(shù)字光接收的眼圖噪聲和時(shí)間抖動(dòng)導(dǎo)致的半張半閉退化眼圖，最佳取樣時(shí)間相應(yīng)于眼睛睜開(kāi)最大處的時(shí)間。

理想眼圖非歸零碼(NRZ)數(shù)字光接收的眼圖噪聲和時(shí)間抖動(dòng)導(dǎo)致的半張1044.4光接收機(jī)的信噪比在光纖通信系統(tǒng)中，通常要求光電二極管能檢測(cè)出微弱的光信號(hào)。為了得到較高的信噪比，可以采取以下措施：為了檢測(cè)到最小可能的信號(hào)，必須對(duì)光檢測(cè)器和它隨后的放大器電路進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此來(lái)保證一定的信噪比。光接收機(jī)輸出端的信噪比S/N定義為光檢測(cè)器必須要有很高的量子效率，以產(chǎn)生較大的信號(hào)功率；使光檢測(cè)器和放大器噪聲保持盡可能低的值。4.4光接收機(jī)的信噪比在光纖通信系統(tǒng)中，通常要求光電二極管105放大器輸入端的信噪比為：光檢測(cè)器前置放大器主放大器均衡器數(shù)字信號(hào)恢復(fù)、時(shí)鐘線路譯碼接口放大器輸入端的信噪比為：光檢測(cè)器前置放大器主放大器均衡器數(shù)字106取樣判決器輸入端的信噪比放大器增益G噪聲系數(shù)NF取樣判決器放大器增益G噪聲系數(shù)NF=1取樣判決器取樣判決器輸入端的噪聲功率取樣判決器輸入端的噪聲功率取樣判決器輸入端的信噪比放大器取樣判決器放大器取樣判決器取樣1074.5數(shù)字接收機(jī)的靈敏度數(shù)字接收機(jī)的靈敏度是指當(dāng)數(shù)字接收機(jī)的輸出信號(hào)質(zhì)量-----誤碼率達(dá)到質(zhì)量要求時(shí)，數(shù)字接收機(jī)接收的最小光功率靈敏度和誤碼率有關(guān)誤碼率和信號(hào)的失真和信號(hào)中的噪聲有關(guān)誤碼率（BER：biterror）:誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)是衡量通信