任何光接收机的主要工作部件之一是光电检测器(其将光功率转换成电流)。根据
系统性能目标,可以使用PIN或APD(雪崩光电二极管)光电
探测器。
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-/'; k,;lyE 误码率(BER)是用于确定通信传输系统可靠性的主要指标,通常与接收机灵敏度值相关联,该灵敏度值定义必须到达光电检测器以实现所需BER性能的最小平均光功率。 或者,可以从采样信号统计中计算信道的Q因子,并用于估计系统BER(OptiSystem支持两种计算方法)。
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-? 光电探测器在定义基本通信系统的最终灵敏度方面起着重要作用,因为它以散粒(基于
量子)和热噪声的形式提供统计扰动。它还引入了暗电流(可以看作是直流噪声),并且具有定义的响应度(一种测量每单位功率输入获得多少电输出),其取决于入射光的
波长和
传感器的
材料特性以及物理设计。 除了这些效应之外,由于存在结电容并且需要连接到负载电阻器来测量接收信号,所以光电检测器还表现出频率依赖性的传递函数(在这个分析中,假定传递函数是理想的)。
dT hn? o5=)~D{/G3 以下四个示例演示如何设置和测量(使用OptiSystem)PIN和APD强度调制直接检测(IM-DD)系统的接收机灵敏度,特别是:
C`NBHRa> 量子受限理想PIN光电探测器
&?/N}g@K 热噪声受限PIN光电探测器
QH7V_#6bKP 热噪声和散粒噪声APD的性能
B?$ 01?9V 具有
光学前置放大的PIN光电探测器
<OR.q 本案例的参考文件是: PIN and APD Receiver Sensitivity Analysis Version 1_0 24 Jan 17.osd.
K-2o9No?j` 4; BW 1.理想光电探测器(PIN) }[>RxHd X+dR<GN+YX 测试配置如下:位速率:10 Gb / s; 波长= 1550nm; PIN响应度:1 A / W; 暗电流= 0 nA; 序列长度= 1048576。
m4Phn~>Gg 由于接收机是理想的,它的唯一噪声源是PIN散粒(量子)噪声 - 热噪声已被禁用。 当预期的逻辑1(ON信号)看不到
光子(泊松统计)时,接收机将发出错误。 数据恢复组件的绝对阈值设置为1E-12以验证此条件。
KjFZ 实现给定BER所需的光子/位的最小数量可以计算如下:BER = 1/2 * exp(-2 * N)其中N是每位的光子的平均数。 对于下面的例子,衰减器设置为58.1 dB(平均光子每位≈6)。 所得到的期望量子限制性能是LOG(BER)= -5.51。
saGRP}7? 对于下面的
模拟运行,BER测试集显示检测到三个误码(LOG(BER)= -5.54)
--in+ 参考:L. Kazovsky,S.Benedetto,A. Willner,Optical Fiber Communication Systems,Artech House(1996),pp.299-200。
w8 ?Pb$Fe 图1.理想光电接收机(PIN)
hFsA_x+L; j>$=SMc 2.热噪声受限PIN r/mA2 <X:Ud&\ 在本例中,PIN光电二极管(Q = 7,BER = 1E-12)的接收灵敏度基于以下配置确定:位速率:100 Mb / s; 波长= 1550nm; 负载电阻:100欧姆; 温度= 300K; PIN响应度:0.95 A / W
OLk9A 在这种情况下,主要噪声源是PIN热噪声(热噪声电流= 91 nA)。 所需的接收机灵敏度约为-31.7 dBm。
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