pin光電二極管原理?

PIN光電二極管產生信號飽和現象的原因
我問的是:PIN光電二極管由于高能量激光輻照而產生的信號飽和現象的原理，或者說是怎樣引起的PIN光電二極管的信號飽和現象。這個飽和現象就是光能量密度高到一定程度的時候，PIN光電二極管的光生電動勢不隨光能量的上升而增加。

您好！

用光波傳輸電視信號和數據信息是20世紀末發展起來的一門新的科學技術，它的出現使世界信息產業得到了飛速發展，現在光纖傳輸技術正以超出人們想像的速度發展，其光傳輸速度比10年前提高了100倍，在今后的發展中估計還要提高100倍左右。隨著光纖傳輸技術的不斷發展，在光域上可進行復用、解復用、選路、交換，網絡可利用光纖的巨大帶寬資源，增加網絡的容量，實現多種業務的“透明”傳輸。
光傳輸系統主要由光發射機、光接收機、光分路器和光纖電纜及其它器件組成。

一 光纖傳輸光信號的基理
光傳輸是在發送方和接收方之間以光信號形態進行傳輸的技術。光傳輸電視信號的工作過程是在光發射機、光纖和光接收機三者之間進行的; 在中心機房的光發射機把輸入的RF電視信號變換成光信號，它由電/光變換器(Electric-Optical Transducer，E/O)完成，變換成的光信號由光纖傳輸導向接收設備(光接收機)接收，光接收機把從光纖中獲取的光信號變換還原成電信號。因此光傳輸信號的基理就是電/光和光/電變換的全過程，也稱為光鏈路。
目前光傳輸方式采用光強度調制。如采用激光器的光發器件發出相位一致的所謂相干光，因此采取了使發光強度整體發生變化的調制方式，它利用了輸出光功率對應于電/光變換器輸入信號電流的變化而線性變化的特性。
在光/電變換器(Optical-Electric Transducer，O/E)中，輸出正比于輸入光信號強度的電流，光/電變換器的輸出電流波形因而與電/光變換器輸入電流波形相似，達到了信號傳輸的目的。
那么，光纖又是如何導向光信號的呢？目前有線電視系統使用的光纖是圓柱體的光纖，它由光纖圓柱體和包層組成，是石英玻璃材料。包層起著把光嚴密地封閉在光纖內的作用，保護纖芯，增強光纖本身的強度。而纖芯的作用是傳輸光信號。纖芯和包層雖然都是石英玻璃材料生產而成，但在生產時對兩者的摻雜成份有區別，因而導致了所產生的折射率大小不同(纖芯為1.463~ 1.467，包層為1.45~1.46)，當然也與所采用的材料不同有關。當激光器發射的光源進入纖芯后，光入射到包層界面時，只要入射角大于臨界角，就會在纖芯內產生全反射，光不會漏射到包層中，這樣聚入到纖芯內的光信號就會不間斷地傳播下去，直到導向光接收機為止。這個過程就是光信號在光纖中傳輸的基理。

二 光傳輸中產生的失真
光在光纖中傳輸時，也會產生一些失真，產生失真的原因有以下幾點:
(1)在光纖傳輸系統中，由于半導體激光器的電/光轉換特性的非線性，使輸出的光信號與激勵電流的變化不一致導致了失真，它稱為調制失真。調制指數M值不允許太大，選擇高性能、預失真處理技術強的光發射機很有必要，預失真處理技術是利用人為的設計產生預失真改善調制線性，達到消除和減輕光纖傳輸系統中CSO與CTB的目的。
(2)在光傳輸系統中，由于驅動RF放大器和接收RF放大器產生失真的機會很小，線性PIN光電二極管因信號電平不太高，產生的微小失真可不計，而它的主要原因來自于半導體激光器調制特性的失真和光纖的色散。
(3)激光器在光強度調制時，光的波長會發生變化，出現附加頻率調制，使信號頻率展寬，出現啁啾效應 ，主要表現為CSO失真。
(4)光纖的色散特性會使不同波長的群時延發生差異，形成到達終端的時間會先后不一致所引起的失真，主要是CSO失真。
在光纖傳輸系統中產生的失真主要是CSO失真，而CTB失真的程度遠比CSO失真小，為了確保系統的傳輸質量，使系統載噪比和失真性能處于合理的范圍之內，采取的措施一般利用CNR指標來平衡CSO、CTB指標。如果增加或者減小CNR值1dB，那么CSO就會惡化或者改善1dB，CTB指標就會惡化或者改善2dB。

三 光發射機的工作原理
光發射機中最重要的光器件就是半導體激光器，實際上它是一只激光二極管(Laser Diode，LD)，當然也有不使用激光二極管，而是使用半導體發光二級管(Light Emitting Diode，LED)的。
1310nm光發射機一般采用直接調制方式(殘留邊帶—幅度調制，VSB-AM方式)，它的功能是把電信號轉換成光信號，它通過外部電路改變注入激光器的電源來實現。它設置的偏置電路能為激光器提供最佳偏置工作電源，偏置電流不同，激光器就會有不同的功率輸出，為確保穩定的輸出光功率，應設計光功率和激光器溫度的自動控制電路，如采用微電腦達到自動控制光發射機的最佳工作狀態。
激光器正在廣泛地用作光振蕩器(即發光器件)，它是依靠本身所成的激光器媒質材料的能量狀態與光的相互作用工作。
為使激光器工作，必須有一定大小的電流，這一電流的大小與光強度之間有一定關系，當增加電流時，光的強度急劇增加，這一點說明激光器已開始工作，這個使激光器開始工作的電流叫門限電流，它越小越好，因為這已經能使激光器開始工作，如再繼續增加門限電流，就會形成輸出的飽和區，飽和區的電流達到一定值后，就會使傳輸信號的質量下降甚至損壞激光二極管，對于光纖傳輸所需功率來講，在線性區域有數兆瓦的輸出功率滿足遠距離傳輸信號和信息的要求。光的傳輸質量除光強的量以外，還與光譜和噪聲等問題有一定關系。
多波長的光譜對高質量的模擬信號的傳輸是不太適合的，即使以單模方式來工作，它的發光譜線也有寬度，寬度越窄，光波變得越純，越會成為時間相干，即相干性好的光波。相干性好的光波不需用透鏡和其它器件將它會聚成小的光點，也越適合光纖的入射。

四 光接收機的工作原理
光接收機的主要部件是光檢測器，也就是高靈敏度的光電二極管(PIN)，光電二極管利用半導體的光電效應完成對光信號的檢測工作，使光信號還原成RF電視信號，然后對RF信號進行放大，以及AGC電平控制等處理后輸出合格的RF信號供網絡分配。
光接收機的主要技術是C/N、C/CTB、C/CSO。這三大技術指標又都是由光電轉換模塊的性能所確定，在相同光功率輸入的情況下，轉換輸出的RF電平就有大小之分，當光電模塊轉換效率高時，它的輸出電平高，所帶來的C/N值指標也好，反之，C/N值指標變差。而C/CSO、C/CTB兩項技術指標由光電模塊的線性度而定，高質量的光電模塊在C/CSO、C/CTB指標相同的情況下，允許更寬的接收功率范圍。

五 光器件的發展前景
隨著寬帶網的光纖傳輸技術不斷更新，多功能業務的不斷完善，對光器件和光纖的傳輸特性的要求越來越高，光纖取代銅線的時代終究要來臨，隨著信息時代腳步聲的來臨，光傳輸技術的發展前景非常廣闊。