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    用在传输及吸收数据的器件称为收发器，是数据通讯市场增加的重要动力之一。MKS 提供于光收发器的设计、 制造及测试制程中起主要作用的光电（OE）转换器。这些光电转换器将输入的光子转换成电流，这类电流可以被传统的出产测试装备( 如示波器 ) 来丈量，光收发器使出产线测试成为可能。

OE 转换道理

OE 转换器凡是利用光电二极管来接收入射光子并将其转换成电流。光电二极管是 p 型、n 型及本征半导体摆列而成的器件，如图 1 所示。这类布局被称为 p-i-n 型二极管，此中 i 暗示 n 层及 p 层之间固有的未掺杂层。本征层接收光子并将它们的能量转移到原子中的电子上。光子能量的转移将电子从原子中开释出来，同时孕育发生空穴。电子迁徙到 p 型区域，由器件的阳极 ( 正极 ) 网络电子，而空穴向 n 型区域及阴极 ( 负极 ) 挪动。如许，入射的光子就被转化为电流。

图 1 p-i-n 光电二极管道理图( 绿色层为防反射涂层)

于运用在 OE 转换器的光电二极管的选择中，半导体质料是一个需要重点思量的因素。这些质料决议了器件通用的波长规模，下表显示了这些半导体质料组成的光电二极管的常见波长规模。于这个规模内，半导体将于特定波长孕育发生更年夜的电流，这称为器件的光谱相应率。图 2 显示了 InGaAs 光电二极管的典型相应曲线。半导体质料的选择也于必然水平上决议了器件的暗电流，暗电流决议了可到达的信噪比及探测器的敏捷度。因为年夜大都通讯运用都利用了 SWIR 激光，InGaAs 具备高相应率及低暗电流，这是它成为 OE 运用中最受接待的光电二极管质料的重要缘故原由。

经常使用光电二极管半导体质料的波长规模及暗电流机能

光电二极管的物理布局对于其电学特征有很年夜的影响。例如，小直径光电二极管于要求带宽跨越几十吉赫兹的光通讯运用中是具备上风的，由于电流的上升/降落时间与器件的有用直径成反比。然而 , 较小直径的光电二极管要求入射光被定向到一个更小的外貌积上, 如一个 30 GHz p-i-n 光电二极管只有 20 m 的有用直径。跟着收集速率的提高，光的耦合变患上愈来愈具备挑战性，由于进一步减小光电二极管的勾当区域需要更慎密地聚焦光束。此外，聚焦在很是小的光斑尺寸的激光束年夜年夜增长了光电二极管外貌的功率密度。这类高密度会对于光电二极管造成物理毁伤，并于器件中造成其他不但愿呈现的非线性效应。是以，功率等级应始终作为通讯体系设计的一部门。

图 2 InGaAs 响应率曲线

进步前辈的光电二极管设计

传统的光电二极管设计使患上光芒可以正常地入射到外貌。不幸的是，因为高功率密度及小光斑尺寸的限定， 这类要领有带宽限定。此刻进步前辈的设计采用波导布局( 图 3)，答应光的接收及沿着光束流传路径孕育发生电子空穴对于。这使患上器件设计于连结快速电流上升/降落时间的同时，具备更年夜的光接收面积。只管波导布局越发繁杂， 制造成本也更高，可是快速、年夜带宽器件的需求愈来愈多，这包管了波导光电二极管于将来的运用十分广泛。

图 3 光波导

雪崩光电二极管（APD）也用在数据通讯收集。APD 的横截面如图 256 所示。这些器件使用雪崩效应于内部放年夜光电流旌旗灯号。APD 是低强度旌旗灯号及长间隔通讯的抱负选择，于长间隔通讯中，衰减会削弱旌旗灯号。

图4 Si/InGaAs 异质结 APD 的横截面示用意

OE 器件设计

选择适合的光电二极管后，其已经知的电学特征可用在 OE 器件的设计。图 5 所示是典型 OE 电路示用意， 电路图最左侧是光电二极管。电阻 (R1) 与光电二极管串联，形成一个基本的光电探测器电路，该电路可以用电流表举行监控。添加一个简朴的跨阻放年夜器可以将电流旌旗灯号从电流转换为电压，并答应旌旗灯号的放年夜。输出的电压可以很轻易地用电压表检测，于通讯体系中一般用示波器检测。于某些环境下，采用多级跨阻放年夜器可进一步放年夜旌旗灯号。

图 5 典型 OE 变换器的电路示用意

OE 光学设计

光子与快速光电二极管的有用耦合是极具挑战性的。如上所述,30 GHz 光电二极管的有用直径仅约 20 m。于光通讯运用中 ,一个典型的景象是 1550 nm 的单模光纤具备 9 m 纤芯直径及约 1.4 的 NA 值 。这象征着光电二极管外貌到光纤的最优聚焦间隔约莫是 80 m, X 及 Y 标的目的都有 0.25 m 的容忍偏差( 见图 6)。为实现最好耦合，光电二极管及光纤的定位需要最好主动化运动节制产物。 于具备 50 m 纤芯直径的多模光纤运用中，定位变患上越发具备挑战性。于这类环境下，需要进步前辈的光学技能来聚焦光束，而这些分外的光学技能使这一历程对于掉调越发敏感。

图 6 光从单模光纤到光电二极管 (PD) 外貌的耦合

OE 于光发射器测试中的运用

OE 转换器重要用在光收发器的测试。于典型的测试仪器( 图 7) 中，它们与快速示波器配对于，以丈量收发器的机能。经由过程发送到收发器的样本数据与现实输入旌旗灯号的比力，天生眼图来确认偏差。该测试仪器于电子示波器前附加有一个 OE 模块，而且二者都需要充足的带宽来撑持被测器件，这一点很主要。跟着光学测试变患上愈来愈遍及，示波器制造商已经经最先将 OE 直接嵌入到示波器中，从而削减了对于外部转换器的需求。

图 7 MKS 高速光电探测器是很多电子仪器的前端 OE 转换器

转自：MKS光电解决方案

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