【应用】II-VI Marlow多级热电冷却器降低光纤通信系统雪崩光电二极管的温度，降低热噪声，提高光纤通信接收灵敏度

时间： 2019-07-14 来源：II-VI MARLOW

技术问答

在长距离光纤通信中，由于距离的原因，光信号在接收机处的衰减变得十分严重。如果采用普通的光电二极管，其所输出的光电流可能仅有nA级别，将严重影响信号的完整性。因此，需要在接收机前采用多级放电电路，使得光信号的功率处于可接收范围内。但是多级放大电路不可避免得将引入噪声，造成光接收机的信噪比降低，同样影响了数据通信的质量。为了避免此影响，通信工程师采用在光电二极管内来放大信号，避免使用多级放大电路及引入噪声。而这种光电二极管就是雪崩二极管(APD)，如图1所示。APD是一种p-n结型的光检测二极管，其中利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。APD的结构示意图如图2所示。

图1 采用了APD放大光信号的光纤传输系统

图2 雪崩二极管的结构示意图

虽然APD可以有效放大光信号，但是在实际的使用过程中，其内部的电子在进行高速的无规则运动，因此APD也会不可避免得引入"热噪声"，其热噪声电流公式如图3所示，从公式可以看出，热噪声与APD的温度息息相关，若温度较低，则可以有效降低热噪声，反之则会增加热噪声。为了有效降低APD的温度以达到降低热噪声，提高光纤通信接收灵敏度的目的，在系统电路中经常会额外增加APD冷却装置。本文推荐使用的基于II-VI MARLOW的多级热电冷却器的解决方案，结构简图如图4所示。在光纤通信系统工作时，温度控制模块以及检测模块会根据APD的温度，利用多级热电冷却器及时调整APD温度，以求使APD达到最佳工作温度。

图3 APD热噪声电流公式，K为波尔茨曼常数，T为绝对温度，B为噪声带宽

图4 基于II-VI Marlow的多级热电冷却器的解决方案

II-VI Marlow推出多级热电冷却器，具体型号包括NL2011T-01AC,NL2012T-01AC,NL2021T-01AC,NL2022T-01AC,NL2063T-01AB,NL2064T-11AB,NL2070-01AC,NL2076,NL3021T-01AC,NL3026T-01AC,NL3040-01 BC,NL4040-04BC,SP2394-07AB,SP2402-01AB。相比于单级热电冷却器，多级热电冷却器拥有着优异的性能，ΔTmax范围为+ 86°C~+ 130°C，能够支持更大的冷却温度差，能够有效保证APD在不同的应用环境下都可以保持在较低的温度，最大程度降低热噪声。各个型号的多级热电冷却器的电气参数及封装材料如表1所示。

表1 多级热电冷却器的电气参数及封装材料

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沙鱼 Lv7. 资深专家 2020-11-24

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