Nghiên cứu miền công tác của các photodiode trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao

Tng cụng ty bu chớnh vin thụngvit nam hc vin cụng ngh bu chớnh vin thụng Nguyn Vnh Nam Nghiờn cu cụng tỏc ca cỏc photodiode h thng thụng tin quang tc cao H ni, 5-2005 Tng cụng ty bu chớnh vin thụngvit nam hc vin cụng ngh bu chớnh vin thụng Nguyn Vnh Nam Nghiờn cu cụng tỏc ca cỏc photodiode h thng thụng tin quang tc cao lun thc s k thut Ngi hng dn: TS Hong Vn Vừ H ni, 5-2005 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - - học viện công nghệ BC-VT Mc lc Ch vit tt v ký hiu Danh sỏch cỏc hỡnh v .8 LI CM N .9 Li núi u 10 Chng Cỏc phn t bin i quang - in h thng thụng tin quang 13 1.1 Tng quan v cu trỳc c bn v nguyờn lý hot ng ca h thng thụng tin quang 13 1.1.1 Cu trỳc c bn ca h thng thụng tin quang 13 1.1.2 Nguyờn lý hot ng ca h thng thụng tin quang 14 1.2 Cỏc phn t bin i quang-in 15 1.2.1 Mt s yờu cu i vi cỏc phn t bin i quang-in 15 1.2.2 PIN-Photodiode 15 1.2.3 Diode quang thỏc APD 17 1.2.4 c tuyn tnh ca APD & PIN-Photodiode .19 chng mụ hỡnh toỏn hc ca cỏc photodiode hot ng tc cao 22 2.1 Cỏc yu t xỏc lp c tớnh ng ca PIN Photodiode v APD 22 2.2 S in tng ng ca PIN Photodiode v APD 23 2.3 Mụ hỡnh toỏn hc ca PIN Photodiode v APD 24 2.3.1 Mụ hỡnh truyn dn tớn hiu 24 2.3.2 Mụ hỡnh nhiu 25 27 chng Cỏc tham s truyn dn ca cỏc photodiode hot ng tc cao 28 Nguyễn vĩnh nam - Cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - - học viện công nghệ BC-VT 3.1 H s khuych i ca APD .28 3.2 Hm truyn dn ca PIN- Photodiode v APD 28 3.2.1 Hm truyn dn ca PIN- Photodiode .28 3.2.2 Hm truyn dn ca APD 29 3.3 Hm trng lng ca PIN- Photodiode v APD 30 3.3.1 Hm trng lng ca PIN- Photodiode .30 3.3.2 Hm trng lng ca APD .30 3.4 Hm quỏ ca PIN- Photodiode v APD 30 3.5 Tớn hiu ca PIN Photodiode v APD 31 3.5.1 Truyn dn analog .31 3.5.2 Truyn dn s 34 3.6 Nhiu ca PIN Photodiode v APD 37 3.6.1 Nhiu v phõn loi nhiu PINPhotodiode v APD 37 3.6.2 Cụng sut cỏc nhiu PIN-Photodiode v APD .39 3.7 T s tớn hiu trờn nhiu 47 3.7.1 Mt s khỏi nim c bn 47 3.7.2 Truyn dn analog 48 3.7.3 Truyn dn s 51 chng cụng tỏc ca cỏc photodiode 58 4.1 Cỏc iu kin xỏc nh cụng tỏc ca cỏc Photodiode 58 4.2 Min cụng tỏc ca cỏc Photodiode truyn dn analog .61 4.3 Min cụng tỏc ca cỏc Photodiode truyn dn s 63 4.4 Vớ d tớnh toỏn cụng tỏc ca cỏc Photodiode .66 4.4.1 Min cụng tỏc ca cỏc Photodiode truyn dn analog .66 4.4.2 Min cụng tỏc ca cỏc Photodiode truyn dn s 70 Kt lun v kin ngh 77 Kt lun 77 Kin ngh 79 Ti liu tham kho .81 Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - - học viện công nghệ BC-VT Ph lc A: Chng trỡnh tớnh toỏn cụng tỏc ca photodiode 82 A.1 La chn ngụn ng lp trỡnh 82 A.2 Gii thiu chng trỡnh tớnh toỏn 83 A.3 Tớnh toỏn cụng tỏc ca Photodiode 88 A.3.1 Min cụng tỏc ca cỏc Photodiode truyn dn analog .88 A.3.2 Min cụng tỏc ca cỏc Photodiode truyn dn Digital 89 A.4 Mt s hỡnh nh mụ t kt qu tớnh toỏn 91 Ph lc B Chng minh cụng thc (4-24) 94 Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV - - Luận văn thạc sĩ kỹ thuật học viện công nghệ BC-VT Ch vit tt v ký hiu Hiu sut lng t hoỏ ca PIN Photodiode/APD Bc súng ca ỏnh sỏng APD Hng s thi gian c trng cho quỏ trỡnh bin i quang-in ca APD cụng sut lung quang bin i nhanh thỡ hng s thi gian ca APD quỏ trỡnh bin i quangin g-APD Tn s gúc gii hn ca APD g-PIN Tn s gúc gii hn ca PIN Photodiode LA Hng s thi gian c trng cho quỏ trỡnh bin i quang-in ca APD RC Hng s thi gian c trng cho s bin i quang-in ca APD cụng sut lung quang bin i nhanh n H s ion hoỏ in t vựng quang thỏc p H s ion hoỏ l trng vựng quang thỏc BERcp Giỏ tr xỏc sut sai lm bit cho phộp (i vi truyn dn s) bo m cht lng truyn dn cho phộp ca h thng BR Bng tn õm ca photodiode c Vn tc ỏnh sỏng (c = 3.108 m/s) Cc in dung ca lp tip giỏp PN, CT in tr ti ca Photodiode, e ờn tớch ca in t (e = 1,602.10-19 As) F H s nhiu quỏ trỡnh quang thỏc (trong APD) F(M) H s õm ph thờm ca APD Gc in dn ca lp tip giỏp PN, GT in dn ti ca Photodiode, gT Hm trng lng ca Photodiode gT-APD Hm trng lng ca APD- Photodiode gT-PIN Hm trng lng ca PIN- Photodiode h Hng s Plank (h = 6,62.10-34 Ws2) h(t) Hm quỏ ca Photodiode HP(j) Hm truyn dn ca Photodiode (APD/PIN- Photodiode), HT Hm truyn dn ca Photodiode HT-APD Hm truyn dn ca APD Photodiode hot ng tc cao HT-PIN Hm truyn dn ca PIN Photodiode hot ng tc cao hT-APD Hm quỏ ca APD- Photodiode hT-PIN Hm quỏ ca PIN- Photodiode iN(t) Dũng nhiu inC Dũng in nhit trờn in tr lp tip giỏp PN, INL Dũng nhiu lng t tớn hiu inT Dũng in nhit trờn in tr ti, Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV - - Luận văn thạc sĩ kỹ thuật học viện công nghệ BC-VT IP Dũng photo IT Ph tớn hiu ir Dũng in rũ, iT Dũng in ti, iT(t) Dũng tớn hiu ca photodiode, IT0 Ph tớn hiu tc thp IT0-APD Ph tớn hiu ca APD-Photodiode tc thp IT0-PIN Ph tớn hiu ca PIN-Photodiode tc thp iT-APD Dũng ca photodiode APD iT-PIN Dũng ca photodiode PIN IV (t) Tớn hiu vo (tớn hiu din) IT Giỏ tr trung bỡnh ca dũng in ti Ir Giỏ tr trung bỡnh ca dũng in ti k Hng s Bolzomal, K(j) Hm truyn dn ca b tin khuch i v mt hoc nhiu b khuch i in ỏp, L(j) Hm truyn dn ca b lc thụng thp M H s khuch i ca APD m sõu iu ch n Tham s ph thuc vo vt liu v cu trỳc ca APD PN Cụng sut mt ngun nhiu PN Cụng sut nhiu tng PNL Cụng sut nhiu lng t tớn hiu PNN Cụng sut nhiu nhit PNr Cụng sut nhiu dũng in rũ pNT Cụng sut nhiu dũng in ti PP (t) Cụng sut ỏnh sỏng bc x ca b phỏt quang PT (t) Cụng sut ỏn sỏng truyn n u vo b thu quang hoc biờn chui xung s PT-cpmax Giỏ tr cụng sut ỏnh sỏng u vo b thu quang cho phộp cc i Pth Cụng sut ca tớn hiu photodiode PT Giỏ tr trung bỡnh ca cụng sut ỏnh sỏng n photodiode RD in tr dõy ni ca Photodiode, RT in tr ti ca Photodiode, S/N T s tớn hiu trờn nhiu (S/N)APD T s tớn hiu trờn nhiu ca Photodiode APD S N cp Giỏ tr t s tớn hiu trờn nhiu cho phộp (i vi truyn dn analog) bo m cht lng truyn dn cho phộp ca h thng, SN(j) Mt cụng sut ph ca dũng nhiu SNN(j) Mt cụng sut ph ca nhiu nhit Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV - - Luận văn thạc sĩ kỹ thuật SNr(j) Mt cụng sut ph ca nhiu dũng rũ SNT(j) Mt cụng sut ph ca nhiu dũng ti T Chu k chui xung T Nhit tuyt i Td rng xung U ờn ỏp t vo APD UD in ỏp ỏnh thng ca APD ur (t) Tớn hiu b thu quang (tớn hiu in) ur(t) in ỏp tớn hiu sau b lc uT(t) in ỏp tớn hiu ca b khuch i, học viện công nghệ BC-VT b1 m ( m, ) = 1+ 1+ 2am g 1+ g ( m, ) = c am + g m a = H T2 M 2 = A = a m2 [ ] a * = a1 exp g (tQ nT ) a1 = M HP b = 2.e.M 2+x H T BR m S B = b1 + + N cp g 1+ g [ ] [ ] b1* = b1 ( 1) + D (tQ nT ) b2* = b1 ( 1) + L(tQ nT ) b1 = [ e F (M ) M H T g ] c = 2eM 2+ x ( I T + I r ) + 4kT (GC + GT ) BR S C =c N cp + g [ D (tQ n nT ) = e g ( t Q n nT ) ] + L(t Qn nT ) Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ( L(tQn nT ) = e gTd ) n bi e - - học viện công nghệ BC-VT g ( t Q niT ) i =0 Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - - học viện công nghệ BC-VT Danh sỏch cỏc hỡnh v Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - - học viện công nghệ BC-VT LI CM N Lun ỏn thc s k thut Nghiờn cu cụng tỏc ca cỏc photodiode h thng thụng tin quang tc cao c hon thnh thi gian o to, nghiờn cu ti Hc vin cụng ngh Bu chớnh Vi n thụng - T ng Cụng ty Bu chớnh Vin thụng Vit Nam cú c kt qu ny, trc ht tụi xin trõn trng cm n TS Hong Vn Vừ ó t o i u ki n, giỳp , tn tỡnh hng dn, gii quyt nhng khoa hc quỏ trỡnh thc hin lun ỏn Tụi xin trõn trng cm n Tng Cụng ty B u chớnh Vin thụng Vit Nam (VNPT), Hc vin cụng ngh Bu chớnh Vin thụng (PTIT), Vin Khoa hc k thut Bu in (RIPT) ó to iu kin, cho phộp tụi c tham gia khúa o to nghiờn cu Tụi xin chõn thnh cm n cỏc thy cụ giỏo ó truy n th nh ng ki n thc b ớch sut khoỏ hc, cỏc thy cụ giỏo Khoa Qu c t v o tao sau i hc ó to mi iu kin tt nht chỳng tụi hon thnh khoỏ hc Tụi xin chõn thnh cm n lónh o Hc vin, lónh o Vin KHKT Bu in, lónh o v th cỏc CBCNV phũng Qun lý NCKH&TTTL Hc vin CNBCVT, lónh o v th cỏc CBCNV phũng NCKT Thụng tin quang - Vin KHKT Bu in ó dnh cho tụi s ng h quý giỏ Tụi xin chõn thnh cm n tt c cỏc nh chuyờn gia, khoa hc, ng nghip ó dnh thi gian c v gúp ý hon thin cho lun ỏn Cui cựng, tụi xin cm n m, v v tụi, cựng t t c nh ng ng i thõn gia ỡnh v bn bố, ng nghip ó luụn dnh cho tụi s ng h nhit tỡnh, c v, ng viờn tụi cú iu kin hon thnh bn lun ỏn ny Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 10 - học viện công nghệ BC-VT H Ni, ngy 18 thỏng 05 nm 2005 Nguyn Vnh Nam Li núi u Ngy nay, th gii ang bc sang k nguyờn ca nn kinh t tri thc, ú thụng tin l ng lc thỳc y s phỏt trin ca xó h i Do ú, nhu cu truyn thụng ngy cng ln vi nhiu dch v mi bng rng v a phng tin i sng kinh t xó hi ca tng quc gia cng nh kt ni ton cu ỏp ng c vai trũ ng lc thỳc y s phỏt trin ca k nguyờn thụng tin, mng truyn thụng cn phi cú kh nng truy n d n t c cao, bng thụng rng, dung lng ln Mt gii phỏp t o mng truyn thụng cú kh nng truyn dn tc cao hay bng rng vi dung lng ln v a dch v, ú l cụng ngh truyn dn thụng tin quang tc cao Khi truyn dn tớn hiu cú tc cao hay bng tn rng, thỡ quỏ trỡnh bin i in quang ca cỏc phn t phỏt quang (LED, LD) v quỏ trỡnh bin i quang-in ca cỏc phn t thu quang (PIN-Photodiode, APD) khụng tuõn theo c tuyn tnh ca nú na, m l hm s c a tn s (ú chớnh l quỏ trỡnh bin i ng ca cỏc phn t phỏt v thu quang) Khi tc truyn dn cng ln v ú tn s truy n dn c a h th ng cng cao, thỡ nh hng ca quỏ trỡnh bin i ng ca cỏc phn t phỏt v thu quang n cht lng truyn dn cng ln Cng nh tt c cỏc h thng vin thụng khỏc, h th ng thụng tin quang mt nhng tham s truyn dn cú tớnh ch t quy t nh ch t lng ca h thng, ú l t s tớn hiu trờn nhiu (i vi truy n d n analog) hoc BER (i vi truyn dn s) bo m cht lng truy n Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 11 - học viện công nghệ BC-VT dn cho phộp thỡ t s tớn hiu trờn nhiu c a h th ng h th ng thụng tin quang (i vi truyn dn analog) cn phi ln hn mt giỏ tr cho trc hoc BER (i vi truyn dn s) cn phi nh h n mt giỏ tr cho tr c, cỏc giỏ tr ny ó c ITU-T khuyn ngh Tham s t s tớn hiu trờn nhiu (i vi truyn dn analog) hoc BER (i vi truyn dn s) ca h thng h thng thụng tin quang c xỏc nh thụng qua cỏc phn t phỏt quang, thu quang v s i quang h thng h thng bo m t s tớn hiu trờn nhiu (i vi truy n d n analog) ln hn mt giỏ tr cho trc hoc BER (i vi truy n d n s ) nh hn mt giỏ tr cho trc, trc ht cỏc phn t phỏt quang, thu quang v si quang h thng cng phi bo m t s tớn hiu trờn nhiu (i vi truyn dn analog) ln hn mt giỏ tr cho trc hoc BER (i vi truyn dn s) nh hn mt giỏ tr cho trc Khi truyn dn tớn hiu cú tc cao hay bng tn rng, thỡ t s tớn hiu trờn nhiu (i vi truyn dn analog) hoc BER (i vi truy n dn s) ca cỏc b thu quang khụng ch l hm s ca cỏc tham s c u trỳc m cũn l hm s ca cỏc tham s tớn hiu truyn dn ti u vo cỏc Photodiode (biờn v tn s/tc bit ca ỏnh sỏng ti) Vỡ vy, cn phi xem xột vi iu kin no ca tớn hiu truy n d n ti u vo cỏc Photodiode cỏc h thng thụng tin quang tc cao t s tớn hiu trờn nhiu ca Photodiode (i vi truyn dn analog) ln hn mt giỏ tr cho trc hoc BER (i vi truyn dn s) nh hn mt giỏ tr cho trc Gii quyt ny, s dn ta n vi c xỏc nh mi n cụng tỏc ca cỏc Photodiode Min cụng tỏc ca Photodiode l hp cỏc giỏ tr (cỏc tham s ) ca tớn hiu u vo Photodiode cỏc h thng thụng tin quang t c cao t s tớn hiu trờn nhiu ca Photodiode (i v i truy n d n analog) ln hn mt giỏ tr cho trc hoc BER (i vi truy n d n s) nh hn mt giỏ tr cho trc Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 12 - học viện công nghệ BC-VT Do ú, vic nghiờn cu xỏc nh c cụng tỏc ca cỏc Photodiode h thng thụng tin quang tc cao l mt c p thit thc hin mc tiờu ú, ti Nghiờn cu cụng tỏc c a cỏc photodiode h thng thụng tin quang tc cao ó c t v mt chng trỡnh mỏy tớnh xỏc nh c cụng tỏc ca cỏc photodiode cỏc h thng thụng tin quang tc cao Trờn c s nghiờn cu ú, ti cung cp cỏc c s khoa hc, cụng c tớnh toỏn h tr cho cỏc nh tớnh toỏn thit k cỏc h thng thụng tin quang la ch n t i u cỏc ph n t ca h thng hay s dng hiu qu cỏc phn t thụng tin quang hin cú t c mc tiờu ú, ti ó thc hin cỏc ni dung chớnh sau õy: - Cỏc phn t bin i quang in h thng thụng tin quang - Mụ hỡnh toỏn hc ca cỏc photodiode hot ng tc cao - Cỏc tham s truyn dn ca cỏc photodiode hot ng tc cao - Min cụng tỏc ca cỏc photodiode hot ng tc cao - Chng trỡnh phn mm xỏc nh cụng tỏc ca cỏc photodiode hot ng tc cao Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 13 - học viện công nghệ BC-VT Chng Cỏc phn t bin i quang - in h thng thụng tin quang 1.1 Tng quan v cu trỳc c bn v nguyờn lý hot ng ca h thng thụng tin quang 1.1.1 Cu trỳc c bn ca h thng thụng tin quang Cu trỳc c bn ca mt h thng thụng tin quang c ch hỡnh 1.1 iV(t ) BB phỏt phỏt quang quang Pp(t ) (a) BB thu thu quang quang BB llpp ur(t ) PT(t ) Si quang iV(t ) (b) BB phỏt phỏt quang quang Pp(t ) PT(t ) BB thu thu quang quang ur(t) B khuch i quang si Hỡnh 1.1 Cu trỳc c bn ca h thng thụng tin quang s dng b lp ng dõy (a) v s dng cỏc b khuch i quang (b) Trong ú: IV (t): tớn hiu vo (tớn hiu din) PP (t) : Cụng sut ỏnh sỏng bc x ca b phỏt quang PT (t): Cụng sut ỏn sỏng truyn n u vo b thu quang ur (t): Tớn hiu b thu quang (tớn hiu in) Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 14 - học viện công nghệ BC-VT Cu trỳc c bn ca h mt thng thụng tin quang bao gm cỏc ph n t ch yu sau: b phỏt quang, b thu quang, si quang, cỏc b khuch i quang v cỏc thit b lp Ngoi ra, tu theo cỏc iu kin v cỏc nhu cu c th trờn cỏc n thụng tin quang ngi ta cũn s dng cỏc b khuch i quang si, cỏc b bự tỏn sc hoc cỏc b tỏch ghộp bc súng quang, 1.1.2 Nguyờn lý hot ng ca h thng thụng tin quang - B phỏt quang: bin i tớn hiu vo iV(t) thnh tớn hiu ỏnh sỏng Pp(t) ghộp vo si quang Quỏ trỡnh ny gi l iu bin/ hay iu ch quang - Si quang: truyn dn ỏnh sỏng t u phỏt n u thu Trong quỏ trỡnh truyn ỏnh sỏng si quang, ỏnh sỏng b suy hao v b tỏn sc C ly truyn dn cng di thỡ ỏnh sỏng cng b suy hao v tỏn sc Vi cỏc tuyn truyn dn di, thỡ ỏnh sỏng truyn n u thu P T (t) b suy gim ln v tỏn sc ln nờn khụng m bo b thu khụi phc li tớn hiu truyn dn ban u Do ú, trờn tuyn truyn dn ngi ta thng mc cỏc b khuch i quang (hỡnh 1.1.a) Khi cỏc tuyn truyn dn khỏ di, ngi ta cũn phi mc cỏc b lp ng dõy (hỡnh 1.1.b) hoc kt hp c hai b khuch i quang v b lp ng dõy - Cỏc b lp (i vi truyn dn s) hay cỏc b tỏi sinh tớn hiu (i vi truyn dn analog): tỏi to li tớn hiu suy hao v cỏc tỏc ng khỏc ca ng truyn - B thu quang: bin i ỏnh sỏng ti PT (t) tr thnh tớn hiu in ur(t) Tớn hiu ur(t) cú dng ging nh tớn hiu truyn dn ban u i V(t) Tuy nhiờn, cú th cú õm v mộo kốm theo (i vi truy n d n analog) hoc li bớt (i vi truyn dn s) Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV - 15 - Luận văn thạc sĩ kỹ thuật học viện công nghệ BC-VT 1.2 Cỏc phn t bin i quang-in 1.2.1 Mt s yờu cu i vi cỏc phn t bin i quang-in Trong k thut thụng tin quang, cỏc phn t bin i in-quang s dng cn phi tho mt s yờu cu c bn sau: - Thi gian ỏp ng nhanh, - nhy v hiu sut bin i quang in cao, - Nhiu thp, - iu kin ghộp vi si quang thun tin, - Kớch thc nh ỏp ng cỏc yờu cu trờn, k thut thụng tin quang, ngi ta thng s dng cỏc phn t bin i quan-in: - PIN-Photodiode v - Diode quang thỏc APD Di õy chỳng ta s nghiờn cu nguyờn lý bin i quang-in, cu to v tớnh cht ca cỏc phn t ny [1, 2, 4, 7, 8, 9] 1.2.2 PIN-Photodiode Cu to Nguyờn tc bin i quang-in ca PIN-Photodiode da vo nguyờn lý bin i quang-in ca lp tip giỏp p-n c phõn cc ngc Cu trỳc c bn ca PIN-Photodiode c ch hỡnh 1.2 in cc in vũng cc ỏnh sỏng ti P+ I N+ Lp chng phn x Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 16 - học viện công nghệ BC-VT Hỡnh 1.2 Cu to ca PIN-Photodiode Cu to ca PIN-Photodiode bao gm: - Mt tip giỏp gm bỏn dn tt l P + v N+ lm nn, gia cú mt lp mng bỏn dn yu loi N hay mt lp t dn I (Intrisic) - Trờn b mt ca lp bỏn dn P+ l mt in cc vũng ( gia cho ỏnh sỏng thõm nhp vo I) - ng thi trờn lp bỏn dn P+ cú ph mt lp mng cht chng phn x trỏnh tn hao ỏnh sỏng vo - in ỏp phõn cc ngc cho dio de khụng cú dũng in (ch cú th cú mt dũng ngc rt nh, gi l dũng in ti) Nguyờn lý hot ng: Khi cỏc photon i vo lp P+ cú mc nng lng ln hn rng ca di cm, s sinh P+, I, N+ ca PIN-Photodiode cỏc cp in t v l trng (ch yu lp I) Cỏc in t v l trng I va c sinh b in trng mnh hỳt v hai phớa (in t v phớa N + vỡ cú in ỏp dng, l trng v P+ vỡ cú in ỏp õm) Mt khỏc, cỏc in t mi sinh P + khuch tỏn sang I nh gradien mt ti tip giỏp P+I, ri chy v phớa N+ vỡ cú in ỏp dng v l trng mi sinh N + khuch tỏn sang I nh gradien mt ti tip giỏp N+I, ri chy v phớa v P+ vỡ cú in ỏp õm Tt c cỏc phn t ny sinh mch ngoi ca PIN-Photodiode mt dũng in v trờn ti mt in ỏp Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV - 17 - Luận văn thạc sĩ kỹ thuật học viện công nghệ BC-VT Cú mt s in t v l trng khụng tham gia vo quỏ trỡnh t o dũng in ngoi, vỡ chỳng c sinh P+ v N+ cỏch xa cỏc lp tip giỏp P+I v N+I khụng c khuch tỏn vo I (do khong cỏch xa hn di khuch tỏn ca ng t thiu s), nờn chớng li tỏi hp vi cỏc P+ v N+ Trong trng hp lý tng, mi photon chiu vo PIN-Photodiode s sinh mt cp in t v l trng v giỏ tr trung bỡnh ca dũng in t l vi cụng sut chiu vo Nhng thc t khụng phi nh vy, vỡ mt ph n ỏnh sỏng b tn tht phn x b mt Kh nng thõm nhp ca ỏnh sỏng vo cỏc lp bỏn dn thay i theo b c súng Vỡ vy, lp P+ khụng c quỏ dy Min I cng dy thỡ hiu sut lng t cng ln, vỡ xỏc sut to cỏc cp in t v l trng tng lờn theo dy ca ny v ú cỏc photon cú nhi u kh nng ti p xỳc vi cỏc nguyờn t hn Tuy nhiờn, truyn dn s di ca xung ỏnh sỏng a vo phi ln hn thi gian trụi T d cn thit cỏc phn t mang in chy qua vựng trụi cú rng d ca I Do ú, d khụng c ln quỏ vỡ nh th tc bit s b gim i Khi bc súng ỏnh sỏng tng thỡ kh nng i qua bỏn dn cng tng lờn, ỏnh sỏng cú th i qua bỏn dn m khụng to cỏc cp in t v l tr ng Do ú, vi cỏc vt liu phi cú mt bc súng ti hn 1.2.3 Diode quang thỏc APD Cu to Cu trỳc c bn ca APD c ch hỡnh 1.3 in cc vũng ỏnh sỏng ti + P I in c c P P N+ Lp chng phn x Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 18 - học viện công nghệ BC-VT Hỡnh 1.3 Cu to ca APD Cu to ca APD c bn ging nh PIN-Photodiode Ngoi APD cũn cú mt lp bỏn dn yu P c xen gia lp I v l p N + Bờn trỏi lp I b gii hn bi lp P+, cũn bờn phi lp I b gii hn bi tip giỏp PN+ in ỏp phõn cc ngc t vo APD rt ln, ti hng trm vụn in trng thay i theo cỏc lp c ch bi hỡnh (b) Trong vựng I, in trng tng chm, nhng tip giỏp PN+ in trng tng rt nhanh Lp tip giỏp PN+ l thỏc, õy xy quỏ trỡnh nhõn in t Nguyờn lý hot ng: Do APD c t mt in ỏp phõn cc ngc rt ln, t i hng trm vụn, cho nờn cng in trng in tớch khụng gian tng lờn rt cao Do ú, cỏc in t I di chuyn n mi n thỏc PN + chỳng c tng tc, va chm vo cỏc nguyờn t gii phúng cỏc c p i n t v l trng mi, gi l s ion hoỏ va chm Cỏc phn t th cp ny n lt mỡnh li to s s ion hoỏ va chm thờm na, gõy lờn hiu ng quang thỏc v lm cho dũng in tng lờn ỏng k Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV [...]... bn ca h thng thụng tin quang Cu trỳc c bn ca mt h thng thụng tin quang c ch ra hỡnh 1.1 iV(t ) BB phỏt phỏt quang quang Pp(t ) (a) BB thu thu quang quang BB llpp ur(t ) PT(t ) Si quang iV(t ) (b) BB phỏt phỏt quang quang Pp(t ) PT(t ) BB thu thu quang quang ur(t) B khuch i quang si Hỡnh 1.1 Cu trỳc c bn ca h thng thụng tin quang s dng b lp ng dõy (a) v s dng cỏc b khuch i quang (b) Trong ú: IV (t):... ca cỏc photodiode hot ng tc cao - Min cụng tỏc ca cỏc photodiode hot ng tc cao - Chng trỡnh phn mm xỏc nh min cụng tỏc ca cỏc photodiode hot ng tc cao Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 13 - học viện công nghệ BC-VT Chng 1 Cỏc phn t bin i quang - in trong h thng thụng tin quang 1.1 Tng quan v cu trỳc c bn v nguyờn lý hot ng ca h thng thụng tin quang. .. vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 12 - học viện công nghệ BC-VT Do ú, vic nghiờn cu xỏc nh c min cụng tỏc ca cỏc Photodiode trong h thng thụng tin quang tc cao l mt vn c p thit thc hin mc tiờu ú, ti Nghiờn cu min cụng tỏc c a cỏc photodiode trong h thng thụng tin quang tc cao ó c t ra v mt chng trỡnh mỏy tớnh xỏc nh c min cụng tỏc ca cỏc photodiode trong cỏc... vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV - 15 - Luận văn thạc sĩ kỹ thuật học viện công nghệ BC-VT 1.2 Cỏc phn t bin i quang- in 1.2.1 Mt s yờu cu i vi cỏc phn t bin i quang- in Trong k thut thụng tin quang, cỏc phn t bin i in -quang s dng trong cn phi tho món mt s yờu cu c bn sau: - Thi gian ỏp ng nhanh, - nhy v hiu sut bin i quang in cao, - Nhiu thp, - iu kin ghộp vi si quang thun tin, - Kớch... Cụng sut ỏnh sỏng bc x ca b phỏt quang PT (t): Cụng sut ỏn sỏng truyn n u vo b thu quang ur (t): Tớn hiu ra b thu quang (tớn hiu in) Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 14 - học viện công nghệ BC-VT Cu trỳc c bn ca h mt thng thụng tin quang bao gm cỏc ph n t ch yu sau: b phỏt quang, b thu quang, si quang, cỏc b khuch i quang v cỏc thit b lp Ngoi ra, tu... trờn cỏc tuy n thụng tin quang ngi ta cũn s dng cỏc b khuch i quang si, cỏc b bự tỏn sc hoc cỏc b tỏch ghộp bc súng quang, 1.1.2 Nguyờn lý hot ng ca h thng thụng tin quang - B phỏt quang: bin i tớn hiu vo iV(t) thnh tớn hiu ỏnh sỏng Pp(t) ghộp vo si quang Quỏ trỡnh ny gi l iu bin/ hay iu ch quang - Si quang: truyn dn ỏnh sỏng t u phỏt n u thu Trong quỏ trỡnh truyn ỏnh sỏng trong si quang, ỏnh sỏng b... thụng tin quang tc cao Trờn c s nghiờn cu ú, ti cung cp cỏc c s khoa hc, cụng c tớnh toỏn h tr cho cỏc nh tớnh toỏn thit k cỏc h thng thụng tin quang la ch n t i u cỏc ph n t ca h thng hay s dng hiu qu cỏc phn t thụng tin quang hin cú t c mc tiờu ú, ti ó thc hin cỏc ni dung chớnh sau õy: - Cỏc phn t bin i quang in trong h thng thụng tin quang - Mụ hỡnh toỏn hc ca cỏc photodiode hot ng tc cao -... yờu cu trờn, trong k thut thụng tin quang, ngi ta thng s dng cỏc phn t bin i quan-in: - PIN -Photodiode v - Diode quang thỏc APD Di õy chỳng ta s nghiờn cu nguyờn lý bin i quang- in, cu to v tớnh cht ca cỏc phn t ny [1, 2, 4, 7, 8, 9] 1.2.2 PIN -Photodiode Cu to Nguyờn tc bin i quang- in ca PIN -Photodiode da vo nguyờn lý bin i quang- in ca lp tip giỏp p-n c phõn cc ngc Cu trỳc c bn ca PIN -Photodiode c... truyn dn analog) hoc BER (i vi truyn dn s) ca h thng h thng thụng tin quang c xỏc nh thụng qua cỏc phn t phỏt quang, thu quang v s i quang trong h thng h thng bo m t s tớn hiu trờn nhiu (i vi truy n d n analog) ln hn mt giỏ tr cho trc hoc BER (i vi truy n d n s ) nh hn mt giỏ tr cho trc, trc ht cỏc phn t phỏt quang, thu quang v si quang trong h thng cng phi bo m t s tớn hiu trờn nhiu (i vi truyn dn... phng tin trong i sng kinh t xó hi ca tng quc gia cng nh kt ni ton cu ỏp ng c vai trũ ng lc thỳc y s phỏt trin ca k nguyờn thụng tin, mng truyn thụng cn phi cú kh nng truy n d n t c cao, bng thụng rng, dung lng ln Mt trong gii phỏp t o ra mng truyn thụng cú kh nng truyn dn tc cao hay bng rng vi dung lng ln v a dch v, ú l cụng ngh truyn dn thụng tin quang tc cao Khi truyn dn tớn hiu cú tc cao hay