光模块：PIN光电二极管和APD光电二极管

在前面的文章中我们介绍了光模块的基本结构，包括TOSA、ROSA以及BOSA。今天我们接着介绍ROSA光器件的光电探测器。

光模块接收端能正确识别信号并完成光电转换，就需要光电探测器，光电探测器通过检测出照射在其上面的光功率，从而并完成光/电信号的转换。我们常用的PIN光电二极管和APD（雪崩）光电二极管就属于光电探测器。要说探测器，就必须说说探测器基本的结构PN结。

PN结，指的将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体的基片上，在这两个半导体的交界处形成的空间电荷区。我们先看看什么是P型和N型半导体。

P型半导体：含有较高浓度的“空穴”（空穴相当于正电荷），所以是Positive的P，成为能导电的物质；

N型半导体：含电子浓度较高的半导体，导电性由自由电子导电，由于电子带负电，所以是Negative的N。

因此，在P型半导体和N型半导体交界处就出现了电子和空穴的浓度差，从而形成空穴和电子的扩散运动，导致一些电子从N型区向P型区扩散，一些空穴又从P型区向N型区扩散。最终的结果就是在PN交汇处形成空间电荷区电场（内电场，从N指向P），也称之为PN结（缺少“多子”也叫耗尽层）。

（图片来源于网络）

在这里说明一下内部电场，这个电场的形成就导致了载流子的漂移运动，一是N区的载流子空穴向P区漂移，另外是P区的载流子电子向N区漂移。

（图片来源于网络）

因此，单纯的PN二极管的扩散运动只发生在PN结附近，远离PN结的地方就没有电场存在，这也是为什么PN二极管的光电变换效率低下以及响应速度也很慢。

PIN光管二极管

为了解决这个问题，提高转换效率和响应速率，通过在P型和N型半导体之间增加 一层轻掺杂的N型材料I （Intrinsic，本征的）层，以展宽耗尽层，提高转换效率，这是因为轻掺杂I层，电子浓度很低，经扩散后就可以形成一个很宽的耗尽层。这就是我们的PIN光电二极管。

PIN光电二极管

原理：

（1）光子照射在半导体材料上产生光生载流子；

（2）光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。

APD雪崩光管二极管

在前面的文章中我们说到，APD雪崩光电二极管具有较高的接收机灵敏度，这个较高灵敏度靠的就是对初级的电光流进行雪崩倍增效果。说到雪崩，估计大家脑海中的第一印象就是大雪山发生雪崩，其实也是同样的道理，高山上的一点雪发生碰撞，从上而下一路累积，雪团越来越大，最后形成雪崩。

从这里我们可以看出，要发生雪崩，必须具备一个条件就是山要足够的高。因此，雪崩光电二极管也就是在PIN光电二极管的基础结构中增加了雪崩区。使得光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应激发出新的电子-空穴对，新产生的载流子通过电场加速，导致更多的碰撞电离产生，一生二，二生三，三生万物，从而获得光生电流的雪崩倍增。

APD雪崩光电二极管

原理：

（1）光子照射在半导体材料上产生光生载流子；

（2）光生载流子在雪崩区即高电场区发生雪崩倍增；

（3）光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。

写在最后，实际工作或工程项目中，我们可能更多的是关注光电探测器的某些重要指标，比如说接收机灵敏度和过载点，这些指标我们下次再聊。

本文由“通信百科”原创，欢迎关注，带你一起长知识！

华为公司申请雪崩光电二极管APD专利，用于降低APD的过剩噪声

金融界2024年4月9日消息，据国家知识产权局公告，华为技术有限公司申请一项名为“一种雪崩光电二极管APD、相关设备和网络“，公开号CN117855303A，申请日期为2022年9月。

专利摘要显示，本申请实施例公开了一种雪崩光电二极管APD、相关设备和网络，用于降低APD的过剩噪声。本申请实施例提供的APD包括：吸收层、倍增层和第一欧姆接触层。倍增层包括在第一平面上分布的多个倾斜电场结构。吸收层和第一欧姆接触层在第一平面的不同侧，在吸收层上产生的载流子穿过多个倾斜电场结构，传输至第一欧姆接触层。多个倾斜电场结构用于加速载流子。

本文源自金融界

相关问答

apd电流放大的原理?

即加在APD两端的反向偏置电压略高于APD的雪崩电压。当单光子入射到APD的表面时,将在APD的吸收层激发出一个光生载流子,进而引起APD的自持...APD工作在盖革模...

制造雪崩光电二极管(APD)的专业厂商，有哪些?要专业的-木...

如果说的是通讯用的:主要有Dtech,Cyoptics,三菱,国内44所

光接收电路的基本组成?

光电检测过程的基本原理是光吸收。在光通信系统中常用的光电检测器是PIN光电二极管和雪崩二极管(APD)。两种探测器的性能比较:由于相同性能的PIN与APD相比,PI...

光纤是怎么传输数字信号的?

光纤传输一般使用光缆进行,单根光导纤维的数据传输速率能达几Gbps,在不使用中继器的情况下,传输距离能达几十公里。传输过程是由发光二极管LED或注入型激光...

防盗报警系统原理是什么?-设计本有问必答

防盗报警系统是指当非法侵入防范区时,引起报警的装置,它是用来发出出现危险情况信号的。防盗报警系统就是用探测器对建筑内外重要地点和区域进行布...

常用的传输媒体有哪几种?

光源可以采用二种不同类型的发光管:发光二极管LED(Light-Emitting)和注入型激光二极管ILD(InjectionLaserDiode)。发光二极管LED是一种固态器件,电流通过时就...

光模块基本电路知识讲解?

方法/步骤分步阅读1/3什么是光模块?光模块(opticalmodule)由光电子器件、功能电路和光接口等组成,光电子器件包括发射和接收两部分。发送端把电信号转...

光电效应运用场所?

外光电效应中最常用的就是PMT,光电倍增管,主要用于探测弱光,如荧光分析。内光电效应中常用的器件有Photodiode,简称PD,一般叫光电二极管,还有比较常见的器...

光纤测温系统的应用是怎么样的?

3光纤温度传感系统的结构分布式光纤温度传感系统由激光二极管(LD)和驱动器(DRIVER)、光电检测器(APD)和放大器组件(AMP)、光纤传感回路(OFL)和信...