可见光通信科普——光电探测器

可见光通信技术——光电探测器

                                                                           作者:郭俊清、陈雄斌


   光电探测器是一种基于光电效应,将光信号(光能量)转变为电信号(电能量)的器件。光电探测器按照工作波段分,有紫外光探测器、可见光探测器和红外光探测器。

可见光通信系统中常用的光电探测器有PIN 管和雪崩光电二极管(APD)。PIN管是在光电二极管的P区和N区之间加入I层(本征区),具有结电容小,量子效率高,暗电流低,工作偏压低等特点。雪崩光电二极管(APD)内部的光生电子-空穴对通过高压加速后能碰撞出二次电子-空穴对,可实现光电流的倍增效应。由于有碰撞电离的内部增益机制,它比普通光电二极管的灵敏度高得多,但是APD管引入了雪崩增益噪声。APD管的信噪比与倍增因子成正比,但是倍增因子受温度影响较大。

在可见光通信系统中,如何在PIN管APD管中做出正确选择,需要考虑以下几个方面的因素:利用APD管可以实现比PIN管更远的探测距离;使用APD管需要提供比PIN管更高的反向偏置电压;APD管的暗电流一般大于PIN管;APD管比PIN管价格要高很多。

可见光通信系统的光源目前主要是荧光型LED和RGB三基色LED。荧光型LED是由单色蓝光和黄色荧光混合成白光;RGB三基色LED是由红绿蓝三种单色光混合成白光。对于荧光型LED来说,因为是利用蓝光激发黄色荧光粉产生白光,而荧光粉的响应速度很慢,限制了通信带宽。在荧光型LED做光源的可见光通信系统中,通常会在接收端的光电探测前面放置蓝色滤光片来滤除黄色荧光成分,让光电探测器仅对蓝光进行探测,这样能提高可见光通信系统的通信速率。目前,可见光通信系统中的光接收机正朝着高灵敏度、高带宽以及单片集成的方向发展。其实,上述那种通过放置滤光片对光信号进行光学滤波的处理方式也可以通过对光电探测器镀膜或者通过光电探测器材料、结构的合理选择来实现。因此,对光电探测器的光谱响应范围、噪声特性、响应带宽、线性度和经济性进行综合优化考虑,设计出与可见光通信光源匹配的光电探测器具有非常重要的意义

   

注: 原文出自陈雄斌的科研主页 http://www.escience.cn/people/jason

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