平衡探測(cè)技術(shù)由光外差技術(shù)演變而來,具有光外差探測(cè)技術(shù)靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),另外,平衡探測(cè)技術(shù)還具有高信噪比、高參考光利用率的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)點(diǎn)使平衡探測(cè)技術(shù)自提出以來,就迅速引起眾多科研人員的關(guān)注與研究,并被廣泛的應(yīng)用到光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)中。本文首先介紹了前人對(duì)平衡探測(cè)技術(shù)的研究成果,然后推導(dǎo)了直接探測(cè)、光外差探測(cè)和平衡探測(cè)技術(shù)的輸出光電流,并對(duì)各自的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析。介紹了電壓模式電路和跨阻放大電路兩種電流-電壓轉(zhuǎn)換電路,推導(dǎo)了兩種電路帶寬和增益。分析了平衡探測(cè)器中散粒噪聲、熱噪聲和相對(duì)強(qiáng)度噪聲的特性,推導(dǎo)了平衡探測(cè)器的信噪比表達(dá)式。隨后,本文分析了將平衡探測(cè)器用于DVS系統(tǒng)中,輸出噪聲較大的問題,結(jié)合平衡探測(cè)器中噪聲的特性,從電學(xué)角度上提出了使用差分電路處理中頻信號(hào)和根據(jù)信號(hào)帶寬針對(duì)性的調(diào)整探測(cè)器輸出帶寬兩種優(yōu)化噪聲的方案。制作了用于DVS系統(tǒng)的平衡探測(cè)器,驗(yàn)證了平衡探測(cè)相對(duì)于單源探測(cè)的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,這兩種方案均能改善平衡探測(cè)器的輸出噪聲,相比于使用單端放大電路、具有40MHz帶寬的平衡探測(cè)器,使用全差分放大電路、信號(hào)帶寬減小至15MHz時(shí)的平衡探測(cè)器的整體噪聲幅度下降了14... 

【文章來源】：武漢郵電科學(xué)研究院湖北省

【文章頁(yè)數(shù)】：60 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

空間耦合平衡探測(cè)器

高精度自動(dòng)平衡時(shí)域平衡零拍探測(cè)器示意圖

武漢郵電科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文7受到極大限制，使用光電二極管和電放大結(jié)構(gòu)的接收機(jī)遠(yuǎn)不能滿足超高速光纖通信系統(tǒng)對(duì)于通信速率的要求。提高光電探測(cè)器的飽和輸出功率要遠(yuǎn)比提高運(yùn)放的帶寬來的容易，于是，研究人員提出了使用光放大器和光電二極管組成的高速光接收機(jī)結(jié)構(gòu)，使用光放大器對(duì)信號(hào)光進(jìn)行功率放大，代替了電放大結(jié)構(gòu)中的運(yùn)算放大器，避免了運(yùn)放自身帶寬對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了接收機(jī)的通信速率，同時(shí)也簡(jiǎn)化了接收機(jī)的機(jī)構(gòu)[31]，但此種場(chǎng)景下的光電二極管需要有更高的帶寬和更高的飽和輸出功率。兩種接收機(jī)框架如圖1-4所示。目前，用于高速通信系統(tǒng)的平衡探測(cè)器主要是針對(duì)具有高帶寬和高飽和輸出功率的PD芯片研究。圖1-4(a)改進(jìn)的光放大接收機(jī)(b)傳統(tǒng)的電放大接收機(jī)在光電二極管的光電轉(zhuǎn)化過程中，外部提供的直流偏置會(huì)在PN結(jié)中提供一個(gè)偏置電場(chǎng)，這個(gè)偏置電場(chǎng)使得載流子穿過耗盡層，形成光電流。在高輸入光功率情況下，大量的光生載流子會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向電場(chǎng)，減小偏置電場(chǎng)的強(qiáng)度，延長(zhǎng)載流子渡越耗盡區(qū)的時(shí)間，限制探測(cè)器的輸出功率。在高速情況下，空間電荷效應(yīng)會(huì)加劇，探測(cè)器的RF輸出會(huì)受到進(jìn)一步壓縮。研究人員已經(jīng)研制出各種新型結(jié)構(gòu)的PD結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)高頻率下的高輸出功率，如部分耗盡的吸收層，雙耗盡層和單行載流子(UTC)等[32]。目前，高功率高帶寬的平衡探測(cè)器芯片大多采用UTC結(jié)構(gòu)。比較有代表性的是V.Houtsam等人研制的高功率單行載流子平衡探測(cè)器如下圖1-5所示，整個(gè)結(jié)構(gòu)在半絕緣的InP晶片上生成[33]。使用1550nm的激光器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，，在16V反向偏壓、2GHz的帶寬條件下，輸出到50歐姆的負(fù)載上，可提供超過1W(30dBm)的RF輸出功率，響應(yīng)度為0.65A/W，平衡二極管對(duì)的共

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3556278