雪崩光电二极管应用特性的仿真研究

通信原理实验的计算机仿真程序设计

雪崩光电二极管应用特性的仿真研究

席兵

胡章芳

（巫庆邮电大学．ｐ＿ｑＪｉＩ，重庆．４０００６５）

摘

要：本文提出了一种雪崩光电二极管（ＡＰＤ）应用特性的仿真研究方法，这种方法将ＡＰＤ的应用特性及其在数字光纤通

信中的应用结合起来，建立了全数字仿真系统，利用该系统完成了ＡＰＤ的噪声和倍增因子对数字光通信系统接收质量的影响的模拟，得到了相应的图形结果和数字结果，并通过优化工具箱实现了对ＡＰＤ最佳倍增因子的提取．仿真结果表明该方法的有效性和准确性非常明显，具有一定的实用价值．

关键词：雪崩光电二极管；噪声特性：倍增因子；仿真

ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｆｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＳｉｌｉｃｏｎＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏｄｉｏｄｅ

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓ

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ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｖａｌａｎｃｈｅｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ（ＡＰＤ），ｉａｎｄ－ｉｔ

ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓｂｏｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＡＰＤａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｉｇｉｔａｌｆｉｂｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．ＵｓｉｎｇｔｈｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ。ｔｈｅｅｆｆｅｃｔ

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１引言

ＡＰＤ是一种具有内增益能力的探测器，具有很高

为此，本文利用ｏｐｔｉｓｙｓｔｅｍ仿真软件，对ＡＰＤ的噪声雨

倍增因子的应用特性进行仿真研究。，

２

的灵敏度，被广泛地应用在超高速光通信、信号处理、测量和传感系统中：ＡＰＤ是现代高比特速率光通信系统测量波段范围宽以及在近红外波段有较高灵敏度等一系

列的优点Ｉｌ】，在弱光场测量、光子计数等相关领域中得到广泛应用【２～ｌ：目前以ｌｎＧａＡｓ制作的ＡＰＤ已作为高灵敏

ＡＰＤ介绍

光电探测器是将光信号转变为电信号的器件。在半

广泛使用的光电探测器：ＡＰＤ以其体积小、工作电压低、．导体光电探测器中，入射光予激发出的光生载流予在外

加偏压下进入外电路后，形成可测量的光电流。ＰＩＮ－光电二极管即使在最大的响应度下，一个光予最多也岁｛能产

生一对电予一空穴对，是一种无内部增益的器件。而ＡＰＤ

的工作原理是基于电离碰掩效应，在一定的条件下。被加速的电子和空穴获得足够的能量，能够与品格碰撞产

度、高响应度的光电探测器在光纤传感等领域广泛使用，

并占据了主导地位；由于ＡＰＤ具有较高的内增益，其探

测灵敏度比ＰＩＮ型光二极管高的特点，因此ＡＰＤ光电探测器是目前１．０６ｕｍ激光测距机中最常用的优良器件【４Ｊ。

对于ＡＰＤ的性能参数和使用方法的实验研究已有许

生一对新的电子一空穴对，这种过程是一种连锁反应，从而由光吸收产生的一对电予一空穴对可以产生大量的屯子一空穴对而形成较大的二次光电流。因此ＡＰＤ具有较高的内部增益和响应度，这种内部增益提高了器件的信噪比。目前很多光器件专家对ＡＰＤ的前景十分看好，认为对于ＡＰＤ的研究有助于增强相关领域的国际竞争力。ＡＰＤ的结构见参考文献ｐＪ。

２．１制作ＡＰＤ光电探测器的材料

多的报趔孓６１。然而，如果每次都用真实系统进行实验，

不仅耗资昂贵，而且费工费时，有时甚至难于找到问题症结所在。因此，解决上述问题的有效方法是采用计算机仿真技术，利用计算机的高速运算处理能力，完成对

ＡＰＤ性能参数的分析、设计以及性能优化与评估测试。

石ｉ赢ｉ１磊ｉ五ｉ＿ｉ１磊夏ｊ—；五＿博士，上耍研究方向为通信

与信息系统．胡章芳（１９６９．）．女．副教授，硕士．主要研究方向为光电信息处理．

制作ＡＰＤ的材料主要亨Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ、

ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡＩＡｓ、ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＡＩＡｓ和ＩｎＧａＡｓ／ｌｎ

通信原理实验的计算机仿真程序设计

第三部分系统仿真（Ａｉ）ＧａＡｓ／ＩｎＡＩＡｓ等。

２．２

ＡＰＤ的芯片结构

现在已对各种ＡＰＤ结构，如ＳＡＰＤ、ＳＡＭ．ＡＰＤ、

ＳＡＧＭ．ＡＰＤ以及量子阱ＡＰＤ等展开了深入研究。其中

ＳＡＭ．ＡＰＤ被认为是一种成功的结构形式，ＳＡＧＭ．ＡＰＤ

是对ＳＡＭ．ＡＰＤ的进一步完善，并已．了ｆ始实用化。量予阱ＡＰＤ是一种新颖结构并具有发展前景的光电探测器，目前也已趋于实用化。２．３

ＡＰＤ的主要性能参数【８】

一般硅ＡＰＤ的主要性能参数有：噪声特性、雪崩倍

增因予Ｍ、温度特性、波长响应范围、光敏面积、：【：作偏压、暗电流、电流响应度，响应时间等。

３仿真研究

３．１仿真软件介绍

ＯｐｔｉＳｙｓｔｅｍ是一套创新的光通信系统仿真软件，此

软件可以设计、测试，与最佳化几乎任何一种在光网络系统的宽谱中的物理层次光连结，从模拟的电视影像、广播到洲际问的干脉。系统的水平仿真装疑是根据实际

的光纤通讯系统的模型而设计，具有强大而新的环境仿

真和组件及系统的真实等级定义。软件的能力可以随着使用组件和接口的增加而延伸到更广泛的应用工具，图形使用者接口控制光组件的安排和网络清单，组件模式，和图像坐标，广泛的主动与被动组件数据库包含了实际

的波长参数，参数回圈也允许使用者侦察特定仪器在系

统表现的效果，软件的能力可以随着使用组件和接口的

增加而延伸到更广泛的应用工具。

３．２仿真系统结构图１９】

木文利用光通信系统仿真软件ＯｐｔｉＳｙｓｔｅｍ，研究

ＡＰＤ的噪声特性和倍增因子Ｍ对于高速光通信系统接收

机性能的影响，建立的仿真系统结构图如图ｌ所示。

ＡＰＤ

图ｌ系统仿真模型

３．３仿真结果与分析

４０７

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