雪崩光电二极管APD—Avalanche Photodiode是具有内部增益的光检测器，它能够用来检测柔弱光信号并获得较大的输出光电流。
雪崩光电二极管能够获得内部增益是基于碰撞电离效应。当PN结上加高的反偏压时，耗尽层的电场专门强，光生载流子通过时就会被电场加速，当电场强度足够高(约3x105V／cm)时，光生载流子获得专门大的动能，它们在高速运动中与半导体晶格碰撞，使晶体中的原子电离，从而激发出新的电子一空穴对，这种现象称为碰撞电离。碰撞电离产生的电子一空穴对在强电场作用下同样又被加速，重复前一过程，如此多次碰撞电离的结果使载流子迅速增加，电流也迅速增大，那个物理过程称为雪崩倍增效应。
图4为APD的一种结构。外侧与电极接触的P区和N区都进行了重掺杂，分不以P+和N+表示；在I区和N+区中间是宽度较窄的另一层P区。APD工作在大的反偏压下，当反偏压加大到某一值后，耗尽层从N+-P结区一直扩展(或称拉通)到P+区，包括了中间的P层区和I区。图4的结构为拉通型APD的结构。从图中能够看到，电场在I区分布较弱，而在N+-P区分布较强，碰撞电离区即雪崩区就在N+-P区。尽管I区的电场比N+-P区低得多，但也足够高(可达2x104V／cm)，能够保证载流子达到饱和漂移速度。当入射光照耀时，由于雪崩区较窄，不能充分吸取光子，相当多的光子进入了I区。I区专门宽，能够充分吸取光子，提升光电转换效率。我们把I区吸取光子产生的电子-空穴对称为初级电子-空穴对。在电场的作用下，初级光生电子从I区向雪崩区漂移，并在雪崩区产生雪崩倍增；而所有的初级空穴则直截了当被P+层吸取。在雪崩区通过碰撞电离产生的电子-空穴对称为二次电子-空穴对。可见，I区仍旧作为吸取光信号的区域并产生初级光生电子-空穴对，此外它还具有分离初级电子和空穴的作用，初级电子在N+-P区通过碰撞电离形成更多的电子-空穴对，从而实现对初级光电流的放大作用。
图4: APD的结构及电场分布
碰撞电离产生的雪崩倍增过程本质上是统计性的，即为一个复杂的随机过程。每一个初级光生电子-空穴对在什么位置产生，在什么位置发生碰撞电离，总共碰撞出多少二次电子一空穴对，这些差不多上随机的。因此与PIN光电二极管相比，APD的特性较为复杂。
与PIN光电二极管相比，APD的要紧特性也包括：波长响应范畴、响应度、量子效率、响应速度等，除此之外，由于APD管中雪崩倍增的存在，APD的特性还包括了雪崩倍增特性、噪声特性、温度特性等等。
APD的雪崩倍增因子M定义为 M=IP/IP0
式中：IP 是APD的输出平均电流；IP0是平均初级光生电流。从定义可见，倍增因子是APD的电流增益系数。由于雪崩倍增过程是一个随机过程，因而倍增因子是在一个平均之上随机起伏的量，雪崩倍增因子M的定义应明白得为统计平均倍增因子。M随反偏压的增大而增大，随W的增加按指数增长。
APD的噪声包括量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声、热噪声和附加的倍增噪声。倍增噪声是APD中的要紧噪声。
倍增噪声的产生要紧与两个过程有关，即光子被吸取产生初级电子-空穴对的随机性和在增益区产生二次电子-空穴对的随机性。这两个过程差不多上不能准确测定的，因此APD倍增因子只能是一个统计平均的概念，表示为
由于APD具有电流增益，因此APD的响度比PIN的响应度大大提升，有
R0=
量子效率只与初级光生载流子数目有关，不涉及倍增咨询题，故量子效率值总是小于1。
APD的线性工作范畴没有PIN宽，它适宜于检测柔弱光信号。当光功率达到几uw以上时，输出电流和入射光功率之间的线性关系变坏，能够达到的最大倍增增益也降低了，即产生了饱和现象。 、
APD的这种非线性转换的缘故与PIN类似，要紧是器件上的偏压不能保持恒定。由于偏压降低，使得雪崩区变窄，倍增因子随之下降，这种阻碍比PIN的情形更明显。它使得数字信号脉冲幅度产生压缩，或使模拟信号产生波形畸变，因而应当设法幸免。
在低偏压下APD没有倍增效应。当偏压升高时，产生倍增效应，输出信号电流增大。当反偏压接近某一电压VB时，电流倍增最大，现在称APD被击穿，电压VB称作击穿电压。如果反偏压进一步提升，则雪崩击穿电流使器件对光生载流子变的越来越不敏锐。因此APD的偏置电压接近击穿电压，一样在数十伏到数百伏。须注意的是击穿电压并非是APD的破坏电压，撤去该电压后APD仍能正常工作。
APD的暗电流有初级暗电流和倍增后的暗电流之分，它随倍增因子的增加而增加；此外还有漏电流，漏电流没有通过倍增。
APD的响应速度要紧取决于载流子完成倍增过程所需要的时刻，载流子越过耗尽层所需的渡越时刻以及二极管结电容和负载电阻的RC时刻常数等因素。而渡越时刻的阻碍相对比较大，其余因素可通过改进结构设计使阻碍减至专门小。
三、实验内容及步骤：
PIN光电二极管反向击穿电压测量
连接InGaAs PIN 光电二极管、高压电源HVS和主机PD输入，屏蔽掉PIN管光输入。
OPMMOD置PD/AM档，OPMRTO置100nW档。
由0V开始慢慢增加HVS输出电压，每隔2V测一个点，至56V终止，作Ir～Vr曲线，求PIN光电二极管反向击穿电压。偏压不能够大于56V，否则PIN管及易烧毁。
PIN光电二极管响应度测量
将1550nm半导体激光器操纵电缆连接至LD1操纵器
清洁光纤连接器接头,连接1550nm半导体激光器和光功率计OPM 调剂LD1操纵器，设置激光器为恒流输出功率模式ACC，激光器输出功率调至0.2mW。
将1550nm半导体激光器输出改接至被测PIN光电二极管，记录PIN检测器输出电流IP
运算PIN光电二极管响应度
四、注意事项：
系统上电后禁止将光纤连接器对准人眼，以免灼伤。
光纤连接器陶瓷插芯表面光洁度要求极高，除专用清洁布外禁止用手触摸或接触硬物。空置的光纤连接器端子必须插上护套。
所有光纤均不可过于弯曲，除专门测试外其曲率半径应大于30mm。
实验三 光纤无源器件参数测量 一、实验目的：
了解光纤无源器件的工作原理及有关特性； 把握光纤无源器件特性参数的测量方法；
二、实验原理：
光无源器件有专门多种类，要紧有光纤连接器、光纤耦合器、光滤波器、光隔离器、波分复用解复用器、光开关、光衰减器、光环形器、偏振选择与操纵器等。
1． 光纤连接器：
光纤(光缆)连接器是使一根光纤与另一根光纤相连接的器件，实现光信号的平滑无损或低损连接。光纤连接器会引入一定的功率损耗，称为插入损耗，它是衡量光纤连接器质量的要紧技术指标之一。
2． 光纤耦合器：
光纤耦合器是实现光信号分路／合路的功能器件，一样是对同一波长的光功率进行分路或合路。光纤耦合器的耦合机理基于光纤的消逝场耦合的模式理论。多模与单模光纤均可做成耦合器，通常有两种结构型式，一种是拼接式，另一种是熔融拉锥式。拼接式结构是将光纤埋人玻璃块中的弧形槽中，在光纤侧面进行研磨抛光，然后将经研磨的两根光纤拼接在一起，靠透过纤芯一包层界面的消逝场产生耦合。熔融拉锥式结构是将两根或多根光纤扭绞在一起，用微火炬对耦合部分加热，在熔融过程中拉伸光纤，形成双锥形耦合区。
光耦合器是一种光无源器件，该领域内的一样技术术语对它也适用，同时，它还另有一些体现自身特点的参数。
1)．插入损耗(Insertion Loss)
光纤通信与光电子技术实验指导书
