Bài giảng Phần 2: Các phần tử cơ bản trong kỹ thuật thông tin quang (tiếp theo)

1PhÇn 1: Tæng quan vÒ kü thuËt th«ng tin quang Gi¶ng viªn: Hoµng V¨n Vâ PhÇn 2: C¸c phÇn tö c¬ b¶n trong kü thuËt th«ng tin quang Gi¶ng viªn: Hoµng V¨n Vâ PhÇn 3: C¬ së kü thuËt th«ng tin quang Gi¶ng viªn: Hoµng V¨n Vâ PhÇn 4: hÖ thèng th«ng tin quang Gi¶ng viªn: Vò TuÊn L©m PhÇn 5: mét sè c«ng nghÖ quang tiªn tiÕn Gi¶ng viªn: Vò TuÊn L©m Néi dung m«n häc Th«ng tin quang n©ng cao 2PhÇn 2: C¸c phÇn tö c¬ b¶n trong kü thuËt th«ng tin quang 1. Sîi quang 2. Bộ phát quang 3. Bộ thu quang 33. Bộ thu quang 1. Mô hình và chức năng của bộ thu quang 2. Cấu trúc bộ thu quang 3. Một số khái niệm cơ bản 4. Các phần tử biến đổi quang-điện 41. Mô hình và chức năng của bộ thu quang  Chøc n¨ng: Biến đổi ánh sáng tới PT(t) ®Çu vµo trở thành tín hiệu điện uR(t) ®Çu ra có dạng giống như tín hiệu truyền dẫn ban đầu. Có thể có nhiễu và méo kèm theo (đối với truyền dẫn analog) hoặc lỗi bít (đối với truyền dẫn số).  Mô hình bộ thu quang Bé thu quang uR(t) PT(t) H×nh 4.1. M« h×nh bé thu quang 52. Cấu trúc các bộ thu quang - Cấu trúc bộ thu quang analog - Cấu trúc bộ thu quang digital Có 2 loại cấu trúc bộ thu quang tương ứng với 2 kỹ thuật truyền dẫn thông tin quang là truyền dẫn analog và truyền dẫn digital: 6O E pT(t) iT(t) uT(t) ur(t)  Cấu trúc bộ thu quang analog Bộ biến đổi quang điện: biến đổi tín hiệu ánh sáng tới PT(t) thành tín hiệu điện iT(t). Các phần tử sử dụng để biến đổi quang-điện là PIN-Photodiode và diode quang thác APD Bộ khuếch đại: bao gồm bộ tiền khuếch đại và bộ khếch đại điện áp. Bộ tiền khuếch đại cần phải có tạp âm rất thấp Bộ lọc: dùng để khôi phục lại tín hiệu ban đầu. 2. Cấu trúc các bộ thu quang H×nh 4.2. M« h×nh cÊu tróc bé thu quang analog 7 Cấu trúc bộ thu quang digital Bộ biến đổi quang điện: biến đổi tín hiệu ánh sáng tới PT(t) thành tín hiệu điện iT(t). Các phần tử sử dụng để biến đổi quang-điện là PIN-Photodiode và diode quang thác APD Bộ khuếch đại: bao gồm bộ tiền khuếch đại và bộ khếch đại điện áp. Bộ tiền khuếch đại cần phải có tạp âm rất thấp Bộ lọc kết hợp với bộ quyết định: dùng để khôi phục lại tín hiệu ban đầu. O E pT(t) iT(t) uT(t) ur(t) 2. Cấu trúc các bộ thu quang H×nh 4.3. M« h×nh cÊu tróc bé thu quang digital 8Khi ghép 2 bán dẫn loại n và p lại với nhau => một tiếp giáp p-n được tạo ra => các hạt tải đa số sẽ khuếch tán qua nó, tức là các điện tử trong lớp bán dẫn n được khuếch tán qua tiếp giáp và lấp đầy các lỗ trống trong lớp bán dẫn p và do vậy sẽ để lại lỗ trống trong lớp bán dẫn n của tiếp giáp. Kết quả là một điện trường tiếp xúc hay một điện thế tiếp xúc sẽ xuất hiện tại vùng tiếp giáp. Điện trường này sẽ ngăn cản việc chuyển động tự do của các hạt tải cho đến khi cân bằng được thiết lập. Tại vùng tiếp giáp lúc này sẽ không còn hạt mang điện tự do, do các điện tử và lỗ trống đã bị giữ lại trong các liên kết đồng hóa trị. Khi đó, vùng tiếp giáp được gọi là vùng nghèo hoặc vùng không có điện tử tự do. 3.1. TiÕp gi¸p p-n:  Khi ch-a cã ®iÖn ¸p ngoµi t¸c ®éng 3. Một số khái niệm cơ bản 9H×nh 4.4. TiÕp gi¸p p-n (a) vµ gi¶n ®å n¨ng l-îng khi kh«ng cã ®iÖn ¸p ngoµi t¸c ®éng (b) E Ec Ef EV E C¸c phÇn tö ®a sè: e C¸c phÇn tö ®a sè: p Vïng ®iÖn tÝch kh«ng gian B¸n dÉn p B¸n dÉn n a) b)  Khi ch-a cã ®iÖn ¸p ngoµi t¸c ®éng 3.1. TiÕp gi¸p p-n: 3. Một số khái niệm cơ bản 10 Trong trường hợp cực dương của nguồn nối với bán dẫn p và cực âm nối với bán dẫn n thì tiếp giáp khi đó phân cực thuận. Lúc này, điện trường tiếp giáp và điện trường ngoài sẽ ngược chiều nhau, nếu điện trường ngoài đủ lớn, sẽ phá vỡ liên kết cộng hóa trị tại lớp tiếp giáp và các hạt mang điện đa số sẽ được khuếch tán ồ ạt qua lớp tiếp giáp. + TiÕp gi¸p p-n ph©n cùc thuËn  Khi cã ®iÖn tr-êng ngoµi t¸c ®éng: 3.1. TiÕp gi¸p p-n: 3. Một số khái niệm cơ bản 11 Khi một điện thế ngoài được đưa vào tiếp giáp p-n, nếu cực dương của nguồn nối với bán dẫn n và cực âm nối với bán dẫn p thì tiếp giáp khi đó được phân cực ngược. Dưới tác dụng của điện áp phân cực ngược, độ rộng lớp nghèo sẽ mở rộng ra ở cả hai phía lớp p và lớp n hay điện trường lớp tiếp giáp được tăng cường. Điện trường tiếp giáp tiếp tục ngăn cản chuyển động của các hạt tải đa số nhưng lại trở thành điện trường thuận với các hạt tải thiểu số khi đi qua lớp tiếp giáp. Dòng của các hạt tải thiểu số tạo ra được gọi là dòng dò. + TiÕp gi¸p p-n ph©n cùc ng-îc  Khi cã ®iÖn tr-êng ngoµi t¸c ®éng: 3.1. TiÕp gi¸p p-n: 3. Một số khái niệm cơ bản 12 H×nh 4.5. TiÕp gi¸p p-n (a) vµ gi¶n ®å n¨ng l-îng khi cã ®iÖn ¸p ngoµi t¸c ®éng (ph©n cùc ng-îc)- (b) Vïng ®iÖn tÝch kh«ng gian B¸n dÉn p B¸n dÉn n C¸c phÇn tö ®a sè: e C¸c phÇn tö ®a sè: p +- a) E Ec EV E b) Khi cã ®iÖn ¸p ngoµi t¸c ®éng 3.1. TiÕp gi¸p p-n: 3. Một số khái niệm cơ bản 13 3.2. Nguyên lý biến đổi quang-điện của lớp tiếp giáp p-n Khi các photon đi vào tiếp giáp p-n có mức năng lượng lớn hơn độ rộng của dải cấm, sẽ sinh ra trong tiếp giáp p-n các cặp điện tử và lỗ trống. Các điện tử và lỗ trống trong vùng điện tích không gian vừa được sinh ra bị điện trường mạnh hút về hai phía (điện tử về phía n có điện áp dương, lỗ trống về miền P+ vì có điện áp âm). Mặt khác, các điện tử mới sinh ra trong miền P khuếch tán vùng điện tích không gian nhờ gradien mật độ tại tiếp giáp P+I, rồi chạy về phía N--+ vì có điện áp dương và lỗ trống mới sinh ra trong miền N+ khuếch tán sang miền I nhờ gradien mật độ tại tiếp giáp N+I, rồi chạy về phía về miền P+ vì có điện áp âm. Tất cả các phần tử này sinh ra ở mạch ngoài một dòng điện và trên tải một điện áp. Có một số điện tử và lỗ trống không tham gia vào quá trình tạo ra dòng điện ngoài, vì chính được sinh ra ở miền P+ và N+ ở cách xa các lớp tiếp giáp P+I và N+I không được khuếch tán vào miền I (do ở khoảng cách xa hơn độ dài khuếch tán của động tử thiểu số), nên chíng lại tái hợp với nhau ngay trong các miền P+ và N+. 3. Một số khái niệm cơ bản 14 Cho ®iÖn tr-êng ngoµi t¸c ®éng lªn tiÕp gi¸p: ph©n cùc ng-îc (h×nh 4.6a). Gi¶n ®å n¨ng l-îng cña tiÕp gi¸p p-n vµ qu¸ tr×nh t¹o ra c¸c cÆp ®iÖn tö - lç trèng khi cã ¸nh s¸ng tíi ®-îc chØ ra ë h×nh 4.6b. Khi cho ¸nh s¸ng tíi tiÕp gi¸p p-n, c¸c photon sÏ ®i vµo tiÕp gi¸p. Gi¶n ®å n¨ng l-îng ¸nh s¸ng trong tiÕp gi¸p p-n gi¶m theo hµm mò (h×nh 4.6c). H×nh 4.6. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi quang-điện cña tiÕp gi¸p p-n 3.2. Nguyên lý biến đổi quang-điện của lớp tiếp giáp p-n c) a) b) a/s tới B¸n dÉn p Vïng ®iÖn tÝch kh«ng gian B¸n dÉn na/s tới p Ec EV E 3. Một số khái niệm cơ bản 15 Công suất của tín hiệu i(t) được xác định theo công thức:     T T T Th dtti T P )( 2 1 lim 2 3.3. Công suất tín hiệu Công suất của một nguồn nhiễu iN(t) của một mạng 4 cực được xác định theo công thức:       djHjS tgtiti N N 2 22 )().( )()()( Trong đó, iN(t), SN(j) : nguồn nhiễu và phổ của nó, g(t), H(j) : hàm trọng lượng và hàm truyền dẫn của mạng 4 cực 3.4. Công suất nhiễu 3. Một số khái niệm cơ bản (4-1) (4-2) 16 Do sự chuyển động hỗn loạn của các điện tử (chuyển động Brown) trên một điện trở R, va chạm với ion trong mạng tinh thể của điện trở làm cho nhiệt độ của điện trở tăng lên. Mặc dù khi có dòng điện chạy qua, trên điện trở R vẫn có sự chuyển động Brown của các điện tử, nên xuất hiện nguồn nhiễu trên điện trở R. Gọi là nhiễu nhiệt. Phổ năng lượng của nhiễu nhiệt trên một điện trở R được xác định theo công thức: GTk R Tk jSNN 2 2 )(  Trong đó: T T R G 1  : điện dẫn của điện trở lớp R 3.5. Phổ năng lượng của nhiễu nhiệt trên một điện trở K : hằng số Bolzomal, T : Nhiệt độ tuyệt đối. 3. Một số khái niệm cơ bản (4-3) 17 Băng tần nhiễu của một mạng 4 cưc hàm truyền dẫn H(jf) được xác định theo công thức:    0 2 )( dfjfHBR Trong đó: )( jfH  là hàm truyền dẫn chuẩn hóa của H(jf) 3.5. Băng tần nhiễu 3. Một số khái niệm cơ bản (4-4) 18 Công suất tín hiệu/điện áp tín hiệu/dòng tín hiệu  N S Công suất nhiễu/điện áp nhiễu/dòng nhiễu 3.6. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu 3.7. Tỷ số lỗi bit Số bit bị lỗi BER Tổng số bít phát đi Tỷ số tín hiệu trên nhiễu được xác định theo công thức: Tỷ số tín hiệu trên nhiễu được xác định theo công thức: 3.8. Quan hệ giữa tỷ số lỗi bit và tỷ số tín hiệu trên nhiễu                  2 1 2 1 N S erfBER 3. Một số khái niệm cơ bản (4-5) (4-6) (4-7) 19 4. Các phần tử biến đổi quang-điện 4.1. Mô hình và chức năng của các phần tử biến đổi quang-điện 4.2. Một số yêu cầu đối với các phần tử biến đổi quang- điện sử dụng trong kỹ thuật thông tin quang 4.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các phần tử biến đổi quang-điện 4.4. Các tham số đặc tính của các phần tử biến đổi quang-điện 4.5. Đặc tính động của các phần tử biến đổi quang-điện 20 4.1. Mô hình và chức năng của các phần tử biến đổi quang-điện  Mô hình của các phần tử biến đổi quang-điện BiÕn ®æi ¸nh s¸ng tíi PT(t) thµnh tÝn hiÖu hiÖn iT(t) cã d¹ng gièng nh- tÝn hiÖu truyÒn dÉn ban ®Çu. Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ gi¶i ®iÒu biÕn quang hay gi¶i ®iÒu chÕ quang. Trong qu¸ tr×nh biÕn ®æi nµy cã thÓ cã nhiÔu vµ mÐo tÝn hiÖu kÌm theo H×nh 4.7. M« h×nh của c¸c phÇn tö biÕn ®æi quang-®iÖn  Chức năng của các phần tử biến đổi quang-điện iT(t)PT(t) O E 21 4.1. Một số yêu cầu đối với các phần tử biến đổi quang-điện - Thời gian đáp ứng nhanh, - Độ nhạy và hiệu suất biến đổi quang điện cao, - Nhiễu thấp, - Điều kiện ghép với sợi quang thuận tiện, - Kích thước nhỏ. Một số yêu cầu đối với các phần tử thu quang sử dụng trong kỹ thuật thông tin quang: 22 4.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các phần tử biến đổi quang-điện Để đáp ứng các yêu cầu trên, trong kỹ thuật thông tin quang, người ta thường sử dụng các phần tử biến đổi quan-điện: - PIN-Photodiode - Diode quang thác APD. 23 - Nguyên tắc biến đổi quang-điện của PIN-Photodiode dựa vào nguyên lý biến đổi quang-điện của lớp tiếp giáp p-n được phân cực ngược. Do đó, cấu tạo của PIN-Photodiode chủ yếu dựa trên tiếp giáp p-n gồm 2 bán dẫn loại tốt là P+ và N+. - Tuy nhiên, để có thể hoạt động tại các bước sóng dài mà tại đó ánh sáng thâm nhập sâu hơn vào vật liệu bán dẫn thì miền điện tích không gian rộng là rất cần thiết. Để thực hiện điều đó, người ta thêm vào giữa tiếp giáp p-n một lớp mỏng bán dẫn yếu loại n hay một lớp tự dẫn I (Intrisic). - Trên bề mặt của lớp bán dẫn P+ là một điện cực vòng (ở giữa để cho ánh sáng thâm nhập vào miền I). Đồng thời trên lớp bán dẫn P+ có phủ một lớp mỏng chất chống phản xạ để tránh tổn hao ánh sáng vào. - Điện áp phân cực ngược để cho photodiode không có dòng điện (chỉ có thể có một dòng ngược rất nhỏ, gọi là dòng điện tối). 4.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của PIN-Photodiode  Cấu tạo 24  Cấu tạo §iÖn cùc §iÖn cùc vßng Líp chèng ph¶n x¹ ¸nh s¸ng tíi N+IP+ (b) (a) E Hình 4.8. Cấu tạo của PIN-Photodiode (a) và sơ đồ phân bố điện trường theo các lớp (b) Cấu tạo của PIN- Photodiode và sơ đồ phân bố điện trường theo các lớp 4.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của PIN-Photodiode 25  Nguyên lý hoạt động PIN-Photodiode - Khi các photon đi vào lớp P+ có mức năng lượng lớn hơn độ rộng của dải cấm, sẽ sinh ra trong miền P+, I, N+ của PIN-Photodiode các cặp điện tử và lỗ trống (chủ yếu ở lớp I). - Các điện tử và lỗ trống trong miền I vừa được sinh ra bị điện trường mạnh hút về hai phía (điện tử về phía N+, lỗ trống về miền P+). - Mặt khác, các điện tử mới sinh ra trong miền P+ khuếch tán sang miền I nhờ gradien mật độ tại tiếp giáp P+I, rồi chạy về phía N+ và lỗ trống mới sinh ra trong miền N+ khuếch tán sang miền I nhờ gradien mật độ tại tiếp giáp N+I, rồi chạy về phía về miền P+. - Tất cả các phần tử này sinh ra ở mạch ngoài của PIN-Photodiode một dòng điện và trên tải một điện áp. 4.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của PIN-Photodiode 26 Một số lưu ý: 1. Có một số điện tử và lỗ trống không tham gia vào quá trình tạo ra dòng điện ngoài, vì chính được sinh ra ở miền P+ và N+ ở cách xa các lớp tiếp giáp P+I và N+I không được khuếch tán vào miền I (do ở khoảng cách xa hơn độ dài khuếch tán của động tử thiểu số), nên chúng lại tái hợp với nhau ngay trong các miền P+ và N+. 2. Trong trường hợp lý tưởng, mỗi photon chiếu vào sẽ sinh ra một cặp điện tử và lỗ trống và giá trị trung bình của dòng điện ra tỷ lệ với công suất chiếu vào. Nhưng thực tế không phải như vậy, vì một phần ánh sáng bị tổn thất do phản xạ bề mặt.  Nguyên lý hoạt động PIN-Photodiode 4.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của PIN-Photodiode 27 Một số lưu ý: 3. Khả năng thâm nhập của ánh sáng vào các lớp bán dẫn thay đổi theo bước sóng. Vì vậy, lớp P+ không được quá dầy. Miền I càng dầy thì hiệu suất lượng tử càng lớn, vì xác suất tạo ra các cặp điện tử và lỗ trống tăng lên theo độ dầy của miền này và do đó các photon có nhiều khả năng tiếp xúc với các nguyên tử hơn. Tuy nhiên, trong truyền dẫn số độ dài của sung ánh sáng đưa vào phải đủ lớn hơn thời gian trôi Td cần thiết để các phần tử mang điện chạy qua vùng trôi có độ rộng d của miền I. Do đó, d không được lớn quá vì như thế tốc độ bit sẽ bị giảm đi. 4. Khi bước sóng ánh sáng tăng thì khả năng đi qua bán dẫn cũng tăng lên, ánh sáng có thể đi qua bán dẫn mà không tạo ra các cặp điện tử và lỗ trống. Do đó, với các vật liệu phải có một bước sóng tới hạn.  Nguyên lý hoạt động PIN-Photodiode 4.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của PIN-Photodiode 28 Cấu tạo của APD cơ bản giống như PIN-Photodiode. Ngoài ra trong APD còn có một lớp bán dẫn yếu P được xen giữa lớp I và lớp N+. Bên trái lớp I bị giới hạn bởi lớp P+, còn bên phải lớp I bị giới hạn bởi tiếp giáp PN+. Điện áp phân cực ngược đặt vào APD rất lớn, tới hàng trăm vôn. Trong vùng I, điện trường tăng chậm, nhưng trong tiếp giáp PN+ điện trường tăng rất nhanh. Lớp tiếp giáp PN+ gọi là miền thác, ở đây xảy ra quá trình nhân điện tử. 4.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của diode quang thác APD  Cấu tạo 29  Cấu tạo §iÖn cùc §iÖn cùc vßng Líp chèng ph¶n x¹ ¸nh s¸ng tíi IP+ N+P RT (b) E (a) Hình 4.9. Cấu tạo của APD (a) và sơ đồ phân bố điện trường theo các lớp (b) Cấu tạo của APD và sơ đồ phân bố điện trường theo các lớp 4.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của diode quang thác APD 30  Nguyên lý hoạt động của APD Do APD được đặt một điện áp phân cực ngược rất lớn, tới hàng trăm vôn, cho nên cường độ điện trường ở miền điện tích không gian tăng lên rất cao. Do đó, khi các điện tử trong miền I di chuyển đến miền thác PN+ chúng được tăng tốc, va chạm vào các nguyên tử giải phóng ra các cặp điện tử và lỗ trống mới, gọi là sự ion hoá do va chạm. Các phần tử thứ cấp này đến lượt mình lại tạo ra sự sự ion hoá do va chạm thêm nữa, gây lên hiệu ứng quang thác và làm cho dòng điện tăng lên đáng kể. Thông qua hiệu ứng quang thác này mà với cùng một số lượng photon tới, APD giải phóng ra các điện tử nhiều hơn rất nhiều lần so với PIN-Photodiode. 4.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của diode quang thác APD 31 4.4. Các tham số đặc tính của các phần tử biến đổi quang-điện 4.4.1. Các tham số đặc tính của PIN-Photodiode 4.4.2. Các tham số đặc tính của APD 32 4.4.1. Các tham số đặc tính của PIN-Photodiode 1. Dòng photo của PIN - Photodiode 2. Dòng ra của PIN - Photodiode 3. Đặc tuyến tĩnh của PIN - Photodiode 4. Nhiễu trong PIN - Photodiode 33 1. Dòng photo của PIN - Photodiode Khi các photon đi vào PIN - Photodiode tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống, dưới tác dụng của điện trường ngoài, các phần từ này sinh ra ở mạch ngoài một dòng điện. Đó chính là dòng photo của PIN - Photodiode (dòng photo chính là dòng do các photon tạo ra). TTp PHI  Trong đó: IP : dòng photo của photodiode PT : Công suất ánh sáng chiếu vào photodiode HT : hệ số biến đổi điện-quang của photodiode 4.4.1. Các tham số đặc tính của PIN - Photodiode (4-8) 34 1. Dòng photo của PIN - Photodiode hc e HT   Trong đó: : bước sóng của ánh sáng. e: địên tích của điện tử (e = 1,602.10-19 As). h: hằng số Plan (h = 6,62.10-34 Ws2). c: vận tốc ánh sáng (c = 3.108 m/s). Sè cÆp ®iÖn tö - Lç trèng sinh ra  Sè photon hÊp thô =  Hệ số biến đổi điện-quang của PIN-Photodiode là liệu suất lượng tử hoá của PIN - Photodiode. 4.4.1. Các tham số đặc tính của PIN - Photodiode (4-9) (4-10) 35 2. Dòng ra của PIN - Photodiode Đối với PIN- Photodiode, quá trình biến đổi quang-điện là quá trình không có sự khuếch đại dòng photo, mà chỉ có quá trình khi các photon đi vào PIN - Photodiode tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống, dưới tác dụng của điện trường ngoài, các phần từ này sinh ra ở mạch ngoài một dòng điện dòng photo chính là dòng do các photon tạo ra Do đó, dòng ra chính là dòng photo tứclà: TTpPINR PHII  4.4.1. Các tham số đặc tính của PIN - Photodiode Trong đó: IP : dòng photo của photodiode PT : Công suất ánh sáng chiếu vào photodiode HT : hệ số biến đổi điện-quang của photodiode (4-11) 36 2. Dòng ra của PIN - Photodiode Khi truyền dẫn analog, tín hiệu truyền dẫn là liên tục. Để đơn giản, giả thiết tín hiệu ánh sáng tới các photodide có dạng hình sin: pT(t) = PTO + PT cost (4-12) Khi đó, tín hiệu ra của PIN – Photodiode theo các công thức: iT(t) = IT0 + IT cost (4-13) Trong đó: IT0 = HT PT0 là thành phần không đổi của dòng ra của PIN – Photodiode. IT = HT PT là biên độ dòng ra của PIN – Photodiode.  Trong truyền dẫn analog 4.4.1. Các tham số đặc tính của PIN - Photodiode 37 2. Dòng ra của PIN - Photodiode Khi truyền dẫn digital, tín hiệu ánh sáng tới PIN-photodide là một chuỗi xung có dạng: Trong đó: Td T t PT Hình 4.10. Tín hiệu ánh sáng tới pT~(t)      0 ~ )( n TnT nTtXPbtp )()( ~ tpPtp TTOT   d d TnTnT TnTtnTkhi nTtX       ;t0 1 )( bn = { 0,1 } tuỳ theo xung truyền dẫn là bit “0” hay bit “1” PT: là biên độ của chuỗi xung, Td: độ rộng xung, T: chu kỳ chuỗi xung,  Trong truyền dẫn digital 4.4.1. Các tham số đặc tính của PIN - Photodiode (4-14) (4-15) 38 2. Dòng ra của PIN - Photodiode Khi tín hiệu ánh sáng tới là một chuỗi xung, tín hiệu ra của PIN-Photodiode được xác định theo các công thức:     1 ~ )()( n TnT nTtXIbti )()( ~ tiIti TTOT   Trong truyền dẫn digital 4.4.1. Các tham số đặc tính của PIN - Photodiode Trong đó: IT0 = HT PT0 : thành phần không đổi của dòng ra của PIN – Photodiode. )(~ tiT : thành phần biến đổi của dòng ra của PIN – Photodiode (4-16) IT = HT PT : biên độ dòng ra của PIN – Photodiode. (4-17) 39 PT 0 IT (b) (a) H×nh 4.11. §Æc tuyÕn biÕn ®æi quang-điện tÜnh cña PIN-Photodiode (a) và APD (b) 3. Đặc tuyến tĩnh của PIN - Photodiode Đặc điểm: - Độ dốc của đặc tuyến tĩnh của APD lớn hơn của PIN-photodiode (vì APD có độ khuếch đại) - Ở gần gốc tọa độ, đặc tuyến tĩnh của cả 2 phần tử đều tuyến tính 4.4.1. Các tham số đặc tính của PIN - Photodiode 40 4. Nhiễu trong PIN - Photodiode  Tổng quan về các loại nhiễu trong PIN-Photodiode Nhiễu của các phần tử biến đổi quang-điện PIN-Photodiode bao gồm các nhiễu cơ bản sau: - Nhiễu lượng tử tín hiệu, - Nhiễu dòng điện tối, - Nhiễu dòng dò, - Nhiễu nhiệt. 4.4.1. Các tham số đặc tính của PIN - Photodiode 41 4. Nhiễu trong PIN - Photodiode  Phân loại nhiễu Trong kỹ thuật thông tin quang, người ta có thể phân loại nhiễu theo 2 quan điểm sau: - Theo bản chất gây nên nhiễu, - Theo quan điểm truyền dẫn tín hiệu.  Một số quan điểm phân loại nhiễu 4.4.1. Các tham số đặc tính của PIN - Photodiode 42 4. Nhiễu trong PIN - Photodiode  Phân loại nhiễu Theo bản chất gây nên nhiễu Theo bản chất gây nên nhiễu, nhiễu trong PIN - Photodiode có các loại sau: - Nhiễu lượng tử tính hiệu, - Nhiễu dòng điện tối, - Nhiễu dòng rò, - Nhiễu nhiệt. 4.4.1. Các tham số đặc tính của PIN - Photodiode 43 4. Nhiễu trong PIN - Photodiode Nhiễu phụ thuộc tín hiệu, gồm có: - Nhiễu lượng tử tín hiệu Nhiễu không phụ thuộ