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光纤通信（原理与应用）|| 光接收机

DOI：10.1017/9781316661505.004 出版年份：2016 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 电子通信系统中接收机的作用是以尽可能低的载波功率电平提取对应发射机发送的信息。光纤通信链路中光接收机的主要功能是将接收到的光信号转换为等效电信号并恢复数据。光接收机的核心组件之一是光电探测器，它利用光电效应将入射光信号转换为电信号。高灵敏度、大动态范围、快速响应（即获取时间）、高可靠性、低噪声、与光纤尺寸兼容以及低成本是光电探测器的重要性能要求。半导体光电探测器最能满足这些需求，它能将光纤传输的光信号转换为等效电信号以供后续处理，从而实现预期输出。适用于800-900纳米、900-1100纳米和1100-1600纳米三个光谱范围的光电探测器类型，在制造材料和组装工艺上各有差异。PIN光电二极管是理想的半导体光电探测器件，因其能提供高量子效率、快速响应及高频调制工作能力。光电探测器可检测的最小接收光功率受噪声限制。全集成单光束光接收机包含半导体光电二极管、电域前置放大器、数字逻辑电路及片外电子驱动电路。本章全面讨论光电探测器和光接收机的关键要素：首先阐述光电探测过程的基本原理，继而介绍光接收机常用各类光电探测器，随后说明光接收机单元的组成部件，最后详细分析限制信噪比的光接收机噪声源、接收机灵敏度参数及其劣化机制。
作者：
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

要理解光电探测器的基本要求，描述各类半导体光电探测器，掌握光电探测器的基本工作原理与特性，阐释光接收机的设计参数，并分析光接收机的灵敏度与噪声性能。

研究成果

半导体光电探测器，特别是p-i-n光电二极管和雪崩光电二极管（APD），是光纤通信系统中的关键组件，具有高灵敏度、快速响应和可靠性等优点。这些器件的设计与运行需要在量子效率、响应度、带宽和噪声性能之间进行权衡。理解这些权衡关系对于优化不同应用场景中光接收机的性能至关重要。

研究不足

光接收机的性能受到散粒噪声、热噪声和暗电流等噪声源的限制。光电探测器的灵敏度与带宽存在权衡关系，通常灵敏度越高带宽越低。光电探测器所用材料限制了其工作波长范围。雪崩光电二极管（APD）的复杂性会引入额外噪声，并需要更高的偏置电压。

SCI高频之选
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  • AQ6370D
    AQ6370D
    463

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    厂家：Carl Zeiss Microscopy GmbH

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  • ZEISS LSM 990 Spectral Multiplex

    型号：ZEISS LSM 990 Spectral Multiplex

    厂家：Carl Zeiss Microscopy GmbH

    智能分析： ZEISS LSM 990 Spectral Multiplex是一款定位于高端科研机构的光谱成像系统，具有卓越的光谱分辨率和自动化功能，适用于复杂的生物、医学及材料科学实验。其高效的荧光标签分离能力和多功能自动化设计为用户提供了强大的实验支持。然而，高昂的价格和一定的学习曲线可能对中小型实验室构成挑战。总体而言，这是一款性能优越、适应性强的高端实验设备。
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  • ZEISS Sigma 300 with RISE

    型号：ZEISS Sigma 300 with RISE

    厂家：Carl Zeiss Microscopy GmbH

    智能分析： ZEISS Sigma 300 with RISE是蔡司公司推出的一款高端光谱分析仪，集成了拉曼成像和扫描电子显微镜技术，能够提供高质量的化学和结构分析。其功能强大，支持多领域应用，但设备价格较高且操作学习曲线可能较陡。适用于科研机构和高端实验室，是材料科学和生命科学领域的理想选择。
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