第4章第 3节作业1、图示光接收机的噪声及其分布，并说明各自噪声的概念答：⊿ 量子噪声量子噪声 （或散弹噪声 ）来自单位时间内到达光检测器上信号光子数的随机 性，因此它与信号电平有关在采用 APD 作光检测器时，倍增过程的统计特征 产生附加的散弹噪声，它随倍增增益而增加⊿ 暗电流噪声当没有光信号照射光检测器时， 外界的一些杂散光或热运动亦会产生一些电 子—空穴对，光检测器还会产生一些电流，这种残留电流称为暗电流 Id ，暗电 流也要产生散粒噪声⊿ 漏电流噪声光检测器表面物理状态不完善和加有偏置电压，也会引起很小的漏电流 噪声，但这种噪声并非本征性噪声， 可通过光检测器的合理设计， 良好的结构和 严格的工艺降低⊿ 热噪声热噪声是在有限温度下，导电媒质内自由电子和振动离子间热相互作用引起的一种随机脉动一个电阻中的这种随机脉动， 即使没有外加电压也表现为一种电流波动 在光接收机中，前端负载电阻中产生的这种电流波动将叠加到光检测器产生的光 电流中⊿ 放大器噪声前端的前置放大器要增加噪声，而且其影响远远超过后级元器件产生的噪2 、写出 PIN 光接收机与 APD 光接收机的信噪比表达式，分析在何种条件下何 种光接收机信噪比占优势。
解：（ 1） PIN 信噪比与噪声的关系R02P22e I PI d Be4kTFnBeRL2eR0 PBe4kTFnBeRL散粒噪声限制下：PINIP2 R02 P2eI P Be 2eR0 PBeR0P2eBeSNR 随入射功率线性增加，且只与量子效率、光子能量和接收机带宽有关）热噪声限制下：R02P4kTFnBeRLR02 P RL4kTFnBe显示 SNR 随入射功率平方倍变化，增加负载电阻可以提高信噪比）2）APD 信噪比与噪声的关系SRAPDG2IG2R02P2e IPId G2 xBe4kTFnBeRL2eR0PG2 xBe4kTFnBeRL散粒噪声限制下：22G2IP22eIPG2 xBe2 2 2 G2R02P 2eR0 PG2 xBeR0P2eGx Be在受限于散粒噪声下，SNR 降低了 GX 倍)热噪声限制下：SRAPDG2IP24kTFnBeRLR02 P2 RL4kTFnBeG2在受限于热噪声下， SNR 提高了 G2 倍)PIN 与 APD 信噪比与噪声的比较：散粒噪声限制下： APD 的 SNR 降低了 GX倍， PIN 占优热噪声限制下： APD 的 SNR 提高了 G2 倍， APD 占优。
3、有一个光纤通信系统， 光源为 LED ，输出功率： 10mW ，工作波长 850nm ， LED 与光纤的耦合损耗为 14 dB 系统光纤的总损耗 20 dB ，其他损耗 10 dB PIN 光电二极管的 R0＝0.5 A ／W，ID=2 nA ，负载电阻 RL=50 ，接收带宽 ?f =10 MHz ，T=300 K ．计算接收光功率、检测信号电流和功率、散弹噪声 和热噪声功率，最后计算其信噪比解： (1)求出接收功率 PR 和 IP值2)求散粒噪声 由式( )得2 is2 2eI P Be2 1.6 10 19(C) 0.2 10 6(A) 107(Hz) 0.064 10 17(A2)3)求电路噪声 由式( )得2ic4kTFnBe4)求信噪比S/NRL4 1.38 10 23 300 1 10 10650331.2 10 17(A2)IP22eIP Be 4kTFnBeRL(0.2 10 6 )20.064 10 17 331.2 10 170.04 10 1217 12( 10.8dB)331.264 10 17。