光模块：PIN光电二极管和APD光电二极管

在前面的文章中我们介绍了光模块的基本结构，包括TOSA、ROSA以及BOSA。今天我们接着介绍ROSA光器件的光电探测器。

光模块接收端能正确识别信号并完成光电转换，就需要光电探测器，光电探测器通过检测出照射在其上面的光功率，从而并完成光/电信号的转换。我们常用的PIN光电二极管和APD（雪崩）光电二极管就属于光电探测器。要说探测器，就必须说说探测器基本的结构PN结。

PN结，指的将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体的基片上，在这两个半导体的交界处形成的空间电荷区。我们先看看什么是P型和N型半导体。

P型半导体：含有较高浓度的“空穴”（空穴相当于正电荷），所以是Positive的P，成为能导电的物质；

N型半导体：含电子浓度较高的半导体，导电性由自由电子导电，由于电子带负电，所以是Negative的N。

因此，在P型半导体和N型半导体交界处就出现了电子和空穴的浓度差，从而形成空穴和电子的扩散运动，导致一些电子从N型区向P型区扩散，一些空穴又从P型区向N型区扩散。最终的结果就是在PN交汇处形成空间电荷区电场（内电场，从N指向P），也称之为PN结（缺少“多子”也叫耗尽层）。

（图片来源于网络）

在这里说明一下内部电场，这个电场的形成就导致了载流子的漂移运动，一是N区的载流子空穴向P区漂移，另外是P区的载流子电子向N区漂移。

（图片来源于网络）

因此，单纯的PN二极管的扩散运动只发生在PN结附近，远离PN结的地方就没有电场存在，这也是为什么PN二极管的光电变换效率低下以及响应速度也很慢。

PIN光管二极管

为了解决这个问题，提高转换效率和响应速率，通过在P型和N型半导体之间增加 一层轻掺杂的N型材料I （Intrinsic，本征的）层，以展宽耗尽层，提高转换效率，这是因为轻掺杂I层，电子浓度很低，经扩散后就可以形成一个很宽的耗尽层。这就是我们的PIN光电二极管。

PIN光电二极管

原理：

（1）光子照射在半导体材料上产生光生载流子；

（2）光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。

APD雪崩光管二极管

在前面的文章中我们说到，APD雪崩光电二极管具有较高的接收机灵敏度，这个较高灵敏度靠的就是对初级的电光流进行雪崩倍增效果。说到雪崩，估计大家脑海中的第一印象就是大雪山发生雪崩，其实也是同样的道理，高山上的一点雪发生碰撞，从上而下一路累积，雪团越来越大，最后形成雪崩。

从这里我们可以看出，要发生雪崩，必须具备一个条件就是山要足够的高。因此，雪崩光电二极管也就是在PIN光电二极管的基础结构中增加了雪崩区。使得光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应激发出新的电子-空穴对，新产生的载流子通过电场加速，导致更多的碰撞电离产生，一生二，二生三，三生万物，从而获得光生电流的雪崩倍增。

APD雪崩光电二极管

原理：

（1）光子照射在半导体材料上产生光生载流子；

（2）光生载流子在雪崩区即高电场区发生雪崩倍增；

（3）光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。

写在最后，实际工作或工程项目中，我们可能更多的是关注光电探测器的某些重要指标，比如说接收机灵敏度和过载点，这些指标我们下次再聊。

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光模块的核心器件包含哪些？

光模块作为光纤通信系统中重要的组成部分，它起到光电转换的作用。本篇文章易天光通信（ETU-LINK）就为大家介绍下光模块的核心器件分别包含哪些？

图片来源于网络

1、TOSA ：主要作用是实现电信号转光信号 ，主要包括激光器、MPD 、TEC 、隔离器、Mux 、耦合透镜等器件，有TO-CAN 、Gold-BOX 、COC（chip on chip) 、COB(chip on board) 等封装形式。对应用在数据中心的光模块，为了节省成本，TEC 、MPD 、隔离器都不是必备项。Mux 也仅在需要波分复用的光模块中。此外，有些光模块的LDD 也封装在TOSA 中。在芯片制程中，则将磊晶圆，制成雷射二极管。随后将雷射二极管，搭配滤镜、金属盖等组件，封装成TO can（Transmitter Outline can），再将此TO can与陶瓷套管等组件，封装成光学次模块（OSA），最后再搭配电子次模块。

2、LDD( LaserDiode Driver) ：将CDR 的输出信号，转换成对应的调制信号，驱动激光器发光 。不同类型的激光器需要选择不同类型的LDD 芯片。在短距的多模光模块中（例如100G SR4 ），一般来说CDR 和LDD 是集成在同一个芯片上的。

3、ROSA ：主要的作用是实现光信号转电信号 ，内置器件主要包括PD/APD 、DeMux 、耦合组件等，封装类型一般和TOSA 相同。PD 用于短距、中距的光模块，APD 主要应用于长距光模块。

4、CDR(Clock and Data Recovery) ：时钟数据恢复芯片的作用是在输入信号中提取时钟信号，并找出时钟信号和数据之间的相位关系 ，简单说就是恢复时钟。同时CDR 还可以补偿信号在走线、连接器上的损失。一般会使用到CDR的光模块，大多都是一些高速率、长距离传输的光模块，例如:10G-ER/ZR 一般都会用到的，使用CDR芯片的光模块会被锁定速率，不可以降频使用。

5、TIA( Transimpedance amplifier)：配合探测器使用。探测器将光信号转换为电流信号，TIA 将电流信号处理成一定幅值的电压信号，我们可以将它简单的理解为一个大电阻。PIN-TIA，PIN-TIA光接收器是用于光通信系统中将微弱的光信号转换成电信号并将信号进行一定强度低噪声放大的探测器件，其工作原理是：PIN的光敏面受探测光照射时，由于p-n结处于反向偏置，光生载流子在电场的作用下产生漂移，在外电路产生光电流；光电流通过跨阻放大器放大输出，这样就实现了光信号转换成电信号进而将电信号初步放大的功能。

6、LA(Limiting Amplifier) ：TIA 输出幅值会随着接收光功率的变化而改变，LA 的作用就是将变化的输出幅值处理成等幅的电信号，给CDR 和判决电路提供稳定的电压信号。高速模块中，LA 通常和TIA 或CDR 集成在一起。

7、MCU ：负责底层软件的运行、光模块相关的DDM 功能监控及一些特定的功能。

以上就是易天光通信（ETU-LINK）为大家介绍的部分光模块器件，光模块根据不同场景的选择和使用是完全不同的，其中最主要的就是根据传输速率，传输距离，不同的波长来选择激光器类型和调制方式。

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