Структурная схема оптического приемника. PIN-фотодиода и его характеристики.

Схема цифрового фотоприемника: с выхода фотодетектора (ФД) электрический ток поступает на трансимпендансный усилитель (ТУ), далее на усилитель (У) с использованием автоматического регулятора усиления тока (АРУТ) и затем на блок данных, где он делится на три части (формирование тактовой частоты, формирование постоянного порога тока, подача сигнала на схему сравнения (время сравнения задается током генератора)).Конструкция фотоприемника состоит из четырех элементов:

1) Оптоэлектронное преобразование;

2) Линейное усиление электрического тока;

3) Восстановление данных;

4) Создание выходного электрического сигнала;

PIN-фотодиод

p –positive (положительный слой), i – intrincic (внутренний слой), n – negative(отрицательный слой). Структурная схема PIN фотодиода и принцип работы:

Структура PIN состоит из сильно легированного n-слоя, слабо легированного i-слоя и тонко легированного p-слоя. Толщина i-слоя должна быть порядка 500-700 мкм, p-слой порядка 3-мкм,а n-слой десятки микрометров. Сильное легирование p- и n-слоёв увеличивает их проводимость. При прикладывании напряжения смещения в i-слое создаётся сильное внутр. эл. поле и образуется обеднённая зона, толщина, которой сравнима с размером фотодиода; широкий слой i приводит к увеличению интенсивности поглощения фотонов в обеднённом слое, в результате чего падающие фотоны возбуждают ток во внешней цепи с меньшем запаздыванием. В результате поглощение кванта света с энергией на нагрузке диода R_н протекает импульс тока: , где - число носителей заряда, - квантовая эффективность. КПД фотодетектора определяется чувствительностью приемника: (на один Вт мощности будет столько-то А тока). Напряжение смещения управл. толщиной обедн. слоя, а от толщины обедн. слоя зависит емкость p-n перехода, от которой зависит быстродействие.

Особенность ФД в том, что знач. тока мало меняется под действием температуры в районе 0,2 С.

График зависимости квантовой эффективности от длинны волны для разных материалов:

Зависимость чувствительности цифрового фотоприемника на основе PIN фотодиода от скорости передачи: