APD光接收机的最佳工作参数测定(3)
2.2 工作特性参数
2.2.1 最佳工作点电压[11]
最佳工作点电压是雪崩管处于最佳工作状态时PN节两端所施加的反向偏压，即光接收机达到最大信噪比时的反向偏压[12]。反向偏压是影响半导体雪崩光电二极管PN内电场分布的重要因素，而电场分布决定了APD的增益[13]。因此，在实际应用中，为了使光接收机工作在最佳状态，得到理想的信噪比，必须要设置合适的反向偏压作为光接收机的工作电压。
光信号 信号电流
背景辐射 暗电流 输出信号加噪声
背景电流
过剩噪声热噪声
图2.2 APD光接收机的工作过程示意图
APD光接收机的工作过程如图2.1所示：信号电流、背景电流和暗电流经过倍增区，得到倍增放大[14]。在等效电路图中， 是结电容， 是结电阻， 是串联电阻, 是负载电阻， 是后续放大器的输入电阻。光信号产生的电流为 ，来自背景辐射的电流为 ，耗尽区内热生电子一空穴对所形成的暗电流为 。
散粒噪声的电流均方根值为
式中，F(M)为噪声附加因子。
热噪声电流的均方根值为2.2)
式中， (2.3)
因此，雪崩光电二极管总的噪声电流的均方根值为
(2.4)
基于上述考虑，可以定义雪崩光电二极管的信噪功率比为
(2.5)
由上式可见，信噪比的大小和M有关，也就是与所施加的反向偏压大小有关。图2.3给出了光接收机输出信号和输出噪声随雪崩增益（反向偏压）变化的曲线[15]。当倍增因子小于10时，散粒噪声的增长幅度很小，信号的增长幅度比散粒噪声大很多，而热噪声的大小和散粒噪声无关[16]，因此随着偏压的增加，APD光接收机输出信号的信噪比会有所增加。当倍增因子超过10以后，散粒噪声的增长幅度迅速变大，当倍增因子达到一定值时，散粒噪声的增长幅度和信号噪声相同，此时APD光接收机输出信号具有最大的信噪比。当倍增因子超过这个值之后，散粒噪声的增长幅度超过信号，输出信号的信噪比开始下降。因此信噪比最大时的倍增因子出现在信号和散粒噪声的增长速度相同时[17,18]，此时是光接收机的最佳工作点，所施加在光接收机上的反向偏压值为最佳工作点电压。
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