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1 绪论
1.1 研究背景
雪崩光电二极管（APD）利用光电效应将入射光信号转换成半导体器件内的光电子，在此基础上，利用反向偏压产生的雪崩击穿原理[1]对光电子进行雪崩式的放大，因此它具有响应度高、响应速度快，体积小等突出优点，在科研和生产领域得到了非常广泛的应用[2]。
而同时由于雪崩光电二极管的内增益特性使得其在光纤通信、光纤传感、单光子探测等领域得到了广泛的应用,因此在目前的光接收机中,通常用PIN光电二极管或APD雪崩光电二极管担任。当入射光功率较小时,PIN管产生的信号电流非常微弱,经过信号放大和处理,引入的放大器噪声将严重地降低光接收机的灵敏度。为了克服这个缺点,有必要设法在放大器之前加大光电检测器的输出信号电流。也就是说,需要在光接收机中提供信号增益。APD管就是基于这个目的而设计的一种光接收机。APD管的使用有效地减小了放大器噪声的影响,提高了光接收机特别是数字光接收机的灵敏度。目前在数字光接收机中广泛地采用APD管作光接收机。但是APD管的成本比PIN管高,电路也复杂。
在激光探测技术领域，特别是以APD为核心器件的激光测距和激光雷达系统[3,4]研发过程中，发现背景光强度会对APD光接收机的最佳工作点和工作点参数产生较大的影响，从而直接影响到激光探测系统的环境适应能力[5]。为了更加深入地认识APD光接收机的动态特性，特别是在特殊环境中的动态特性，本实验以APD光接收机为研究对象，进行了能在不同背景光照下测量APD动态特性参数的实验原理装置，并对光接收机的动态特性进行深入的实验研究，旨在为APD光接收机的最佳使用提供可靠的实验依据。
1.2 国内外研究现状
1.2.2 APD探测器结构的演化
1.3 本文的主要工作
本文以APD光探测系统的优化设计为背景，在实验上测定了某APD光接收机的最佳工作点及其工作点参数，具体完成的工作如下
1. 资料调研，给出了APD接收机制作的典型材料及其特性，在此基础上，介绍了APD光接收机的结构演化。
2. 恢复了已有APD光接收机动态特性测量装置，在不同环境光强度下测量了某APD光接收机的动态特性测试；
3. 根据大量的实验数据，分析了APD光接收机的最佳工作点及其参数随环境光强度的变化规律。
2 APD光接收机的参数表征
2.1 APD光接收机的组成与结构
图2.1给出了APD光接收机的基本组成:
图2.1 光接收机的基本组成
从图中可以看出，APD光接收机由APD，偏压控制电路，前置放大器，主放大器和均衡滤波器器等主要器件构成。其中，APD光接收机的核心部分：是由APD，偏压控制电路和前置放大器组成的前端部分，其性能的优劣是决定光接收机灵敏度的主要因素。由于通过前端产生的光电流非常微弱，必须通过前置放大器进行低噪声放大[9]。常用的前置放大器有低阻抗前置放大器、高阻抗前置放大器和跨阻抗前置放大器。这三类放大器各有优缺点，低阻抗前置放大电路的结构较为简单、带宽大、响应速度快，但是噪声很大，这不利于微弱信号的放大。高阻抗前置放大电路的噪声低，比较适用于微弱信号的放大，但是带宽较小、信号失真严重，这使得它不太适用于短脉冲信号的快响应方法。跨阻抗前置放大器是低阻抗和高阻抗前置放大电路的折中，噪声相对较小，带宽相对较大，通常是APD光接收机前置放大电路设计的优选方案[10]。然后由主放大器提供足够的增益。而均衡滤波器的作用是对经光纤传输，光电转换和放大后已产生畸变（失真）的电信号进行补偿,使输出的波形适合于判决,以消除码间干扰,减小误码率。
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