专利名称：雪崩光电二极管的光接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及雪崩光电二极管装置，更特别地指向一个用一个调制的功率信号作为偏压的雪崩光电二极管装置。
在通过某种发射媒质如一条光纤发射一个光信号后，典型地用一个光探测器将该光信号变换到一个电信号。光探测器的一种类型是一个雪崩光电二极管。典型地，将光信号加到在一个电路中的一个雪崩光电二极管上，在该雪崩光电二极管的诸终端上加有一个dc偏压。由雪崩光电二极管产生的和入射的光信号有关的诸信号电流通过一个放大器。为了降低噪声可以在放大器前和/或在放大器后用一个电滤波器。雪崩光电二极管的这样一种应用导致对灵敏度特性的诸限制，这些限制和雪崩光电二极管及与雪崩光电二极管连同使用的信号放大器的诸特性有关。
加到雪崩光电二极管上的dc偏压影响工作的诸不同的方面。例如，如果dc偏压增加，则典型地增益和噪声二者都增加。此外，当dc偏压增加时，一般地带宽减小，这就限制了器件在需要一个大的带宽的诸应用中如诸高位率光发射系统中的有用性。
已经用诸光前置放大器，为光信号提供在它被探测前的光增益。这能导致一个很高的电的信噪比和较好的灵敏度特性。然而，这些光前置放大器是非常昂贵的，要消耗很多的功率，并且可能是不可靠的。进一步，当用一个光前置放大器时，常常需要一个光带通滤波器，为了对光信号达到高的灵敏度可能需要这种滤波器跟踪输入信号。
如上所述，一个光带通滤波器是一个移去或至少降低由光前置放大器在一个接收光信号中产生的光噪声的器件。我们希望这样一个光带通滤波器能将伴随所要信号的不想要的外来的诸频率减至最少。然而，诸光带通滤波器本身不应是昂贵和笨重的。
所以本发明的一个目的是提供一个能克服现有技术的诸限制和诸缺点的雪崩光电二极管装置。
本发明的又一个目的是提供这样一个和一种用于提高装置的增益，噪声，带宽和灵敏度诸特性的偏压技术相关的雪崩光电二极管装置。
本发明的又一个目的是提供这样一个由一个迅速地进行调制的信号施加偏压的雪崩光电二极管装置。
本发明的又一个目的是提供这样一个雪崩光电二极管，它致力于克服上面提出的现有技术的诸缺点，但是它可以用在一个常规的雪崩光电二极管放大器电路中。
本发明的另外一些其它的目的和优点对于那些普通的熟练的技术人员来说在参照了下面的说明和它的诸附图后将变得很清楚了。
本发明的优先实施例包括一个由一个雪崩光电二极管组成的光电探测器电路，雪崩光电二极管有一个信号输入端，用于接收一个要被变换到一个电信号的输入光信号。光电探测器电路进一步包括耦合到雪崩光电二极管的偏压电路，以便将一个偏压加到雪崩光电二极管上，其中所说的偏压包含一个dc分量，用于当接收所说的输入光信号时使所说的雪崩光电二极管保持在一个稳定的雪崩增益条件中，和一个高频调制分量，用于提高雪崩光电二极管的诸输出特性。在本发明的优先实施例中，高频至少是1GHz，但是优先地有10 GHz或更高的一个甚高频的量级。
对当探测到一个光信号时产生电流增益负责的雪崩倍增过程的诸特性受到在偏压上加上高频调制分量的影响。特别是，加到偏压上的调制分量对于一个给定的dc偏压，迅速地增加或减小在雪崩光电二极管中的一个信号的雪崩增益。这就对于一个给定的平均增益降低了雪崩光电二极管的信号输出的噪声，并且对于一个给定的平均增益增加了雪崩光电二极管的信号输出的总带宽。类似地，对于一个给定的带宽或一个给定的噪声，可以得到电路的一个增加了的平均增益。
为了对本发明和本发明的诸优点有一个较全面的理解，我们结合所附的诸图参照下面的诸描述，其中
图1是一个表示一个用于将诸光信号变换到诸电信号的雪崩光电二极管电路的现有技术的实施例的方框图；图2是本发明的优先实施例的一个方框图；图3是本发明的另一个实施例，它利用在一个被调制的光信号和对dc偏压进行调制的调制信号之间的同步；
图4是一组用于说明图1,2和3的工作的波形；图5包括一个表示对于本发明的一个实施例的诸相对的噪声改善的曲线图，其中我们将加到可用的雪崩光电二极管上的调制偏压信号在形式上作了改变；图6包括一个表示对于本发明的一个实施例的相对的噪声改善的曲线图，其中我们将加到可用的雪崩光电二极管上的调制偏压信号在振幅上作了改变；图7包括一个表示对于本发明的一个实施例的相对的噪声改善的曲线图，其中我们将加到可用的雪崩光电二极管上的调制偏压信号在频率上作了改变；图8是一个用于说明对于诸不同的调制振幅在带宽中的诸相对变化的曲线图。
通过参照图1到图8的诸图，我们能对本发明的优先实施例和它的诸优点有最好的了解。
图1说明一个用于将诸光信号变换到诸电信号的雪崩光电二极管电路的现有技术的实施例的一个方框图。在图1中，一个方框10包括一个雪崩光电二极管12，一个光信号输入14，和一条dc偏压导线16 。方框10在导线17上提供一个到一个滤波器方框18的输出信号。将经过滤波的信号输出到一个信号放大器20。放大器20向另一个滤波器22输出经过放大的信号，滤波器22在导线24上输出一个电信号输出。这两个滤波器18和22可以是诸低通的，高通的，带通的滤波器或诸匹配电路，如诸精明的设计实践可以做到的那样。我们应该注意到当诸滤波器18和22如图1所示时，不是所有的应用都需要它们，所以它们是可以任意选择的。例如，可以从图1的电路中略去滤波器18。为了较好地说明这一点，将诸滤波器18和22用虚线勾画出来。
图1的工作如下。将一个光信号加到包括雪崩光电二极管12的方框10上，这使一个给定的电输出信号加到滤波器18。加到滤波器18的信号振幅依赖于通过导线16加到雪崩光电二极管12上的dc偏压。dc偏压影响输出信号的电平，因此能将它看作是一个增益变化的器件。如以后将在图5到图8中证明的，当dc偏压增加时，增益增加，带宽减小和噪声增加。在大多数情形中带宽减小和噪声增加都是不希望有的副作用。当诸滤波器18和22存在时，诸滤波器18和22会移去一些噪声。为了得到较高的增益，可以在放大器20或在它后面的电路中插入更多的信号放大。为了增加对光信号输入的灵敏度，能够用一个光前置放大器如一个被称为一个1610 OA(运算放大器)光放大器的Alcatel Network Systems公司的器件，来放大到雪崩光电二极管12的光信号输入。换句话说，能够用一个对于诸光信号的前置放大器。
图2说明本发明的优先实施例的一个方框图。在优先实施例的这个描述中，我们用术语滤波器包括诸匹配电路，其中一个匹配电路包含一个或多个与频率有关的单元，将这些单元设计得能使诸希望的信号频率分量在诸电路单元之间的传递实现最佳化，而同时令人信服地防止或阻止了诸不要的频率分量的传递。
在图2中，一个方框26，它可以和图1的方框10类似，包括一个雪崩光电二极管28，一光信号输入端30和一个dc偏压导线31。此外，画出了一个来自某种类型的调制发生器32的信号，调制发生器32通过一个调制信号滤波器34将一个信号加到在一条导线36上的方框26。在方框26中画出了一个典型的雪崩光电二极管，它包括二条电导线。可以将dc偏压导线31和调制信号导线36加到同一个雪崩光电二极管的电导线上，或者可能对电路是合适的那样将雪崩光电二极管的诸电导线分开。为了说明这种灵活性，在图2中画出了dc偏压导线31和调制信号导线36作为到方框26的诸输入，而不是作为连接到雪崩光电二极管的任何具体的电导线。
调制信号滤波器34可以是一个高通滤波器或带通滤波器，适合于将调制信号传递到方框26。此外，调制信号滤波器34可以是一个匹配电路，将该匹配电路设计得能使调制信号到雪崩光电二极管的传递实现最佳化，而同时阻断了要在导线38上输出的诸雪崩光电二极管信号。
将由雪崩光电二极管28探测出的光信号变换到一个电信号并将该电信号从方框26输出到一条导线38上。再一次，如果对于具体电路适合的话，可以将输出导线38连接到雪崩光电二极管电路的无论那条电导线上。将来自导线38的输出信号传递到滤波器40，然后将经过滤波的信号加到一个信号放大器42。放大器42的输出作为一个代表在30输入的光信号功率的电信号输出，它在导线46上输出前，再次在一个滤波器44中对它进行滤波。
诸滤波器40和44，如果存在的话，可以是诸低通滤波器或诸带通滤波器或诸带阻滤波器，它们适合于从光信号中除去高频调制信号。此外，诸滤波器40和44也可以是诸匹配电路，它们使信号的输出功率实现最佳化。我们也应注意到在图2中，和在图1中相同，诸滤波器都是诸任选的项目，所以用虚线表示它们。
我们可以和图1相似的方式使用图2，但是由于实施了诸创造性的改变，导致图2有诸改进了的工作特性。在导线31上的dc偏压使诸雪崩光电二极管28保持在一个稳定的雪崩增益条件中。然而，和图1相反，在图2中将一个从调制发生器32得到的调制信号叠加到来自导线31的dc偏压上。调制信号以一种可以和一个叠加在一个dc信号上的交流信号相比较的方式产生一个有效的附加信号。当用图2的放大器电路将一个光脉冲信号变换到一个电信号时，优先地调制信号的频率应该大大高于要被变换的光信号的脉冲重复频率。通常调制信号处在一个至少1GHz的高频率上，这与脉冲重复频率有关。对于一个2.5 GBS的光信号的脉冲重复频率，优先地调制频率处在一个约10 GHz的甚高频上。
参照图2，在实验室中已经证明，对于一个给定的平均增益，如通过降低偏压而同时增加偏压调制信号所得到的，噪声降低而带宽增加。类似地，对于一个给定的噪声或一个给定的带宽，平均增益增加。
对于那些熟练的技术人员来说，显然为了使诸任选的滤波器40和44能够除去调制偏压信号，在诸任选的滤波器40和44内的电路可能要比图1的现有技术的诸任选的滤波器18和22中需要的电路稍复杂一些，但是增益，带宽，光信号灵敏度的增加和/或噪声的降低是十分重要的，足够保证和在经济上判断用于诸滤波器40和44的附加电路以及用于调制发生器32和光调制信号滤波器34的电路是正确的选择。与试验的配置设立有关，增益中的诸显著增加在从5到20分贝的范围内。如下面所讨论的，图4的诸波形92和100说明图1和图2之间在输出中的诸变化，并指出对于图2的两个不同的调制偏压电平。尽管噪声的降低对于图4的诸波形92和100当和输出86中的噪声比较时从肉眼来看不是十分明显，但是诸实验室的测量和理论分析表明当和现有技术比较时噪声降低了和带宽增加了。下面用在图5,6,7和8中的诸曲线对这一点加以说明。
在图2的工作中噪声降低是由于这样一个事实，即当增益迅速地从一个小的值增加到一个大的值时，由在雪崩过程中的随机性产生的噪声落后于增益中的这种上升。所以对于一段短的时期，得到一个大的增益和一个比在诸正常的稳态条件下发生的噪声低的噪声是可能的。为了利用这个效应，需要重复地增加和降低增益。在诸界限内，噪声因子随着调制偏压的频率的增加而下降。进一步，当增益降低时，雪崩过程迅速地消失。因为现在从一个入射的光脉冲产生的一个电流脉冲的持续时间在很大的程度上受到增益调制周期的限制，所以导致带宽中的一个相当大的增加。
图3说明本发明的另一个实施例，它利用在一个被调制的光信号和对于雪崩光电二极管的调制偏压信号之间的同步。虽然图3可以和许多类型的诸光信号一起使用，但是优先地将图3用于光信号正在以称为一个光脉冲流的有诸规则间隔的多个脉冲的形式发射数字数据的情形。诸光脉冲流可以回到零(“RZ”)数据，不回到零(“NRZ”)数据，或孤子数据的形式发射数据。对于RZ数据，一个逻辑“1”数据脉冲在一个时钟周期结束以前，典型地是在通过时钟周期的半路上回到零。用不存在一个光脉冲代表一个逻辑“0”数据。对于第二种数据形式，NRZ数据，一个逻辑“1”数据脉冲在该周期中不回到零。第三种数据形式，孤子数据，包括诸特别成形的窄脉冲，其中诸脉冲的形状通过平衡在光发射光纤中的色散和自相位调制的诸效应，阻止畸变的发生。
参照图3，以一种和图2类似的方式，用在52的一个光信号输入和在导线54上的一个dc偏压表示一个方框50。方框50也包含一个雪崩光电二极管56并接收在一条导线58上的一个调制输入。在导线58上的信号是在一个信号发生器60内产生的，再次以一种和图2类似的方式，信号发生器60通过一个任选的调制信号滤波器62传递它的输出信号。和调制信号滤波器34类似，调制信号滤波器62可以是一个高通滤波器，带通滤波器或一个匹配电路，它们适合于将调制信号传递到方框50。
由雪崩光电二极管56探测出的电信号通过一个滤波器64，以便移去由信号发生器60引入的诸分量。滤波器64进一步使信号到达一个信号放大器66，使信号放大器66的输出通过另一个滤波器68。再次，滤波器64和滤波器68可以是诸低通或带通或带阻滤波器或诸匹配电路，它们适合于将由调制器60引入的诸调制分量滤去，并传递信号。将滤波器68的一个输出加到一条通向一个时钟和数据再生器72的导线70上，以及为了实现同步任选地使该输出返回到信号发生器60。将方框72的输出提供给二条导线，其中的一条是在导线74上的一个数据信号，而其中的另一条是在导线76上的一个时钟信号。图中画出了一个任选的同步信号，它是从导线70和76取得的并到达信号发生器60，指出可以从无论哪个点得到一个适当的信号。然而，一个来自源70和76二者的信号是不需要的。回到信号发生器60的信号将必须以一种对那些熟练的技术人员已知的方式受到作用，以便提供信号发生器60和导线52的光脉冲信号的同步，从而将高探测器增益的诸周期和诸光数据脉冲入射到雪崩光电二极管56的诸时间协调起来。在工作中，在图3中，光脉冲流的重复速率是或者从滤波器68或者从一个时钟再生器72得到，并被反馈回到信号发生器60，以便稍稍在光脉冲流的功率发生上升之前产生偏压的一个上升的电平。
尽管图3表示一个电路，在该电路中用一个起源于在雪崩光电二极管56中探测出的信号的反馈信号实现同步，但是也可以用其它的诸方法。我们将图3作为本发明的一个实施例的一个例子，在该实施例中使调制信号和光脉冲数据速率同步。可以在本发明的优先实施例的工作中以任何方式实现同步。
图4说明用于进一步解释图1,2和3的工作的一组波形。在图4中，用标有“GAIN(增益)”的垂直轴和标有“BIAS VOLTAGE(偏压)”的水平轴来表示一个曲线图。一条画出的曲线80代表对于诸不同的偏压一个典型的雪崩光电二极管的光-电变换增益。一条虚线82代表一个不稳定的偏压条件，称为雪崩光电二极管的反向偏压击穿电压。在这个反向偏压击穿电压82，通过雪崩光电二极管的电流急剧增加，并且在电压中只要稍微增加一点就能流过相当大的电流。此外，对光输入作出响应而产生的内部电流甚至当光输入被移去后也将继续流动。
参照图1的现有技术和它与图4的关系，图4表示现有技术的雪崩光电二极管12的偏压和相应的输出信号。特别是，一条第一条垂直线84代表对现有技术的雪崩光电二极管12的一个给定的dc偏压，和一条宽的水平线86代表对于一个在导线14上的给定的功率输入，在导线17上的一个电信号输出的振幅。因为在方框10的输出中固有的噪声，所以线86显得相当的宽。
参照在图2中表示的本发明和它与图4的关系，图4进一步表示了包括雪崩光电二极管28的创造性的配置的偏压和相应的输出信号。特别是，用一条偏压线87表示雪崩光电二极管28的偏压，一个调制信号88叠加在偏压线87上。进一步，一条有叠加信号92的水平线90代表对于一个在导线30上的给定的光信号输出在雪崩光电二极管28中的一个电信号的振幅。注意偏压87有一个比现有技术的偏压84低的dc值，但是偏压87仍然产生和一个输出信号相同的有效的增益，其中我们测得有效的电输出信号，它和在现有技术的偏压84的现有技术的只有dc的诸条件下，对于给定的光输入提供的电输出信号相同。我们应一步注意到当有叠加信号92的输出线90包含一些噪声时，已经在诸试验测量中发现在输出信号92中的噪声量远小于由现有技术的输出86代表的输出的噪声量。在有叠加的调制信号88的偏压87上，雪崩光电二极管正工作在它的特性曲线的一个雪崩区域。然而，雪崩光电二极管还没有到达反向偏压击穿的点。
进一步参照在图2中表示的本发明和它与图4的关系，我们可以构造另一个实施例，其中由有叠加的虚线调制信号96的虚线94表示的那样，对雪崩光电二极管28施加偏压。我们将注意到调制信号96的峰值在每个循环的一个短时间内超过反向偏压击穿电压82。用一条虚线98和一条虚线的调制输出100代表由这种比较低的偏压94和96产生的雪崩光电二极管的电输出。调制输出100甚至有比或者是诸波形86或者是92小的总的噪声输出。此外，对于输入光信号振幅随时间变化和对诸小量的光信号的灵敏度在92和100二者之间增加，超过在86中得到的灵敏度的诸情形，调制输出100有一个较大的带宽。
如果将诸叠加的调制信号88或96连同偏压84一起使用，则有效增益比86的增益高是很明显的。虽然人们可以设想通过如96的调制使偏压增加到落入反向偏压击穿电压82内的一个值，可能会引起增益增加到无穷大，但是因为这是在调制信号的正半周的持续时间内，所以这种情形是不会发生的，只有足够的时间使增益上升到一个有限的值，并且当负半周时再次下降。此外，在诸高频处(换句话说，大于2 GHz)在噪声建立中存在一个延迟。噪声不得不在电流已经增加后的一段时间内建立起来。进一步，调制信号的诸负半周周期地使增益降低到一个低的值。从前面的讨论我们相信噪声将比在如果增加偏压以便得到那个有效的增益的情形中的低，这是很显然的。进一步，带宽将比在如果增加偏压到一个电平以便得到那个增益的情形中可以得到的宽。
图5到图7包含了诸组波型，它们表示对于本发明的诸不同的实施例，诸相对的噪声改善，其中我们将加到可用的雪崩光电二极管上的调制偏压信号在类型，振幅或频率上作了改变。图5到图7的诸结果是用一个特殊的雪崩光电二极管模拟模型得到的，这样对于任何特殊的雪崩光电二极管可能会有某些变化。然而，本发明的全部优点应该和任何特殊的雪崩光电二极管相一致。下面我们将分别对这些图中的每一个和相应的变化进行讨论。
在图5中，用垂直轴以对数的标度代表噪声的诸增长电平，画出一个曲线图。噪声轴用了工业术语“过剩噪声因子(EXCESS NOISEFACTOR)”(F)。水平轴也是对数的标度，指出一个雪崩光电二极管的增益，但是具体地用“雪崩倍增因子(AVALANCHEMULTIPLICATION FACTOR)”(M)表示。一条粗线110说明对于诸不同的增益因子仅用dc偏压(即没有调制)时的噪声。这条曲线在工业中是很著名的。典型地，我们对雪崩光电二极管施加偏压，以便在一个增益3和一个增益约20之间使用雪崩光电二极管。在一个增益20以上，噪声如此地高和带宽如此地窄，使得大多数电路不能满意地工作，典型地要用诸其它的方法来放大或者是光或者是电的诸信号。
参照图5的其它二条曲线，用一条有小方框的数据点曲线112表示调制偏压，而用一条有小圆圈的数据点曲线114表示一个调制偏压，该调制偏压进一步和输入光脉冲流的调制同步(即如图3所示)。有小方框的数据点曲线112指出虽然噪声在开始的时候对一个给定的用调制的低增益可以稍高于用dc(即没有调制)偏压的曲线110，但是只有在标度上一个约6的增益处对于被调制电路，噪声电平才变得小于dc偏压时的噪声。从那里到指出的约36的增益处，噪声电平几乎一直保持着平坦。有小圆圈的数据点曲线114从小于一个增益2到它的指出一个增益大于50的最大数据点有比dc偏压直线110低的噪声。事实上，在指出的约55的增益处，噪声要比在现有技术的用dc偏压和没有调制的直线110中产生的噪声的1/10低。对于一个特殊的雪崩光电二极管，诸结果可能会有一些变化。
图6说明了一个垂直轴和水平轴类似于图5的曲线图，再次画出了标准的dc偏压曲线110。如所说明的，用一条有小方框的数据点曲线118表示全调制，或100％调制，而用一条有×的数据点曲线116表示50％调制。图6说明在诸较高的增益，对于最大调制的噪声要比对于一个较小的调制值的噪声低。然而，在小于9的诸增益，对于这个特殊的雪崩光电二极管，在较低的调制情形中的噪声量要比在最大调制的情形稍稍降低一些。
图7再次用和图5相同的标度并从调制频率方面说明诸变化的噪声电平，其中调制信号不和光信号同步，但是有一个比光信号的任何调制都高很多的频率。一条有×的数据点曲线120代表对于一个高频如5 GHz的频率调制的噪声。一条有小方框的数据点曲线122表示用甚高频调制，如一个10 GHz的调制信号的诸噪声情况。我们将注意到较高频率的调制和比较低的调制频率相比，产生较低的雪崩光电二极管噪声。
图8表示一条对数曲线，其中和上面的图5到7相同，水平轴是雪崩倍增因子或增益，而垂直轴表示相对带宽。一条有小方框-直线的曲线125表示没有调制(或者换句话说，只有一个dc偏压信号)的现有技术情形，显示出当增益增加时带宽减小。一条有×的数据点曲线127表示一个有某些调制的情形，而一条有三角形的数据点曲线129表示一个调制大于曲线127的情形。如我们将注意到的，对于一个典型的现有技术的增益为20的情形，对于曲线129的调制的相对带宽表示带宽大于0.2，而对于曲线125的dc偏压情形，相对带宽为0.05。换句话说，带宽对于用由曲线129指出的调制的情形大致是对于用现有技术的dc偏压125的那个增益得到的带宽的四倍。
本发明的诸实施例通过从整个电路产生提高了的诸特性对现有技术作出了改进。当将一个各自的调制电压波形加到一个雪崩光电二极管电路(一个光信号加到该电路上)的dc偏压上时，在电路的诸光-电特性中发生一个变化。特别是，在一个实施例中，其中调制频率是一个高频率如至少1 GHz或在一个甚高频，10 GHz或更高的频率上，存在诸有益的效应。变化的量和调制波形的振幅及频率有关。当调制振幅增加时，通常平均增益增加；然而，当调制波形的频率非常大时，增益中的增加可能减小或者甚至能够在平均增益中有一个减小。对于雪崩光电二极管的偏压信号的调制提高了雪崩光电二极管的诸特性，从而提高了雪崩光电二极管电路的输出信号的诸特性。换句话说，当和现有技术的没有调制的雪崩光电二极管电路进行比较时，对于一个给定输入信号的输出信号至少是一个噪声较低，振幅较高和带宽较大的信号。
如果将一个现有技术的电路配置和本发明的一个电路配置在相同的平均变换增益进行比较，则我们发现本发明的配置比现有技术的配置有较大的带宽和较低的噪声。
我们也注意到当加到雪崩光电二极管上的对dc偏压的调制改善了它的一个稳定状态或变化的光信号的诸特性时，在一个窄脉冲光信号的情形中，如一个回到零(RZ)的被调制的光信号或一个和一个偏压信号的同步调制一起使用的孤子信号(即图3的实施例)的情形中，增益的增加和噪声的降低甚至更加明显。在一个窄脉冲光信号的情形中，能够提供调制信号和窄脉冲光信号的同步，以便在任何一个给定的周期中将信号脉冲和调制信号的诸峰值重叠在一起。为了实现重叠可能需要对调制信号的相位进行调整。优先地，这样调整调制信号的相位，使得诸窄的光脉冲和调制信号的诸峰值同时发生地或者近似或接近同时发生地到达雪崩光电二极管。因为在调制信号的诸峰值附近增益最明显，所以窄信号脉冲将有最佳增益。在本发明的实施例中，增益中的改善是在20分贝附近，其中对于dc偏压的调制信号是和光信号的调制同步的。
从上面所述的，我们可以了解到本发明的诸实施例极大地改善了现有技术的诸不同的缺点。然而，上面所述的证明了诸不同的可能的实施例，这些实施例描述了本发明的范畴，包括说明如何应用诸概念的诸例子。作为另一个例子，当将在优先实施例中调制信号的波形描绘成一个正弦波时，在某些应用中我们可以用任何其它的重复波形，如一个方波，三角波或其它什么波。因此，当已经对本发明进行了详细描述后，可以对上面提出的诸描述实施诸不同的替换，修改或变化，而没有偏离由下列的权利要求书定义的本发明的精神和范畴。
权利要求
1．一个光电探测器电路，它包括一个雪崩光电二极管(28或56)，它有一个信号输入端(30或52)用于接收一个要被变换到一个电信号的输入光信号；施加偏压的电路，它耦合到所说的雪崩光电二极管，以便将一个偏压加到所说的雪崩光电二极管上；和其中所说的偏压包括一个dc分量(31或54)，用于当接收所说的输入光信号时将所说的雪崩光电二极管保持在一个稳定的雪崩增益条件下，和一个高频调制分量(36或58)，用于提高雪崩光电二极管的诸输出特性。
2．权利要求1的光电探测器电路，其中所说的输入光信号包括一个工作在一个第一个脉冲重复频率上的光脉冲流，和其中所说的高频调制分量(58)工作在一个等于所说的第一个脉冲重复频率的第二个频率上。
3．权利要求1的光电探测器电路，其中所说的输入光信号包括一个工作在一个第一个脉冲重复频率上的光脉冲流，和其中所说的高频调制分量(36)工作在一个远大于所说的第一个频率的第二个频率上。
4．权利要求2的光电探测器电路，其中所说的输入光信号包括一个有诸窄脉冲的光脉冲流，和其中所说的高频调制分量(58)有一个相位，使得诸窄脉冲和高频调制分量的诸峰值重叠在一起。
5．权利要求1的光电探测器电路，其中所说的输入光信号的强度调制的诸频率分量工作在一个第一个频率范围上，和其中所说的高频调制分量(36)工作在一个远大于所说的第一个频率范围的第二个频率上。
6．权利要求1的光电探测器电路，其中所说的雪崩光电二极管有一个反向偏压击穿电压，和其中包括所说的诸dc和高频调制分量(36)的所说的偏压周期性地超过所说的反向偏压击穿电压。
7．权利要求1的光电探测器电路，它进一步包括连接到所说的雪崩光电二极管的一个输出端的滤波电路(40或64)，用于在所说的雪崩光电二极管的一个信号输出中移去诸调制频率分量。
8．权利要求7的光电探测器电路，其中滤波电路(40或64)包括一个匹配电路。
9．权利要求1的光电探测器电路，其中所说的输入信号有一个第一个脉冲宽度，和其中所说的高频调制分量(58)有一个基本上等于所说的第一个脉冲宽度的第二个脉冲宽度。
10．权利要求9的光电探测器电路，其中所说的高频调制分量(58)有一个相位，使得所说的输入信号的第一个脉冲宽度和所说的高频调制分量的第二个脉冲宽度重叠在一起。
11．权利要求1的光电探测器电路，其中所说的施加偏压的电路包括一个dc偏压电路(31或54)，用于向所说的偏压提供dc分量；和一个调制电路(32或60)，用于向所说的偏压提供高频调制分量。
12．权利要求1的光电探测器电路，其中加到所说的偏压上的所说的高频调制分量(36或58)增加了雪崩光电二极管的一个信号输出的增益。
13．权利要求12的光电探测器电路，其中加到所说的偏压上的所说的高频调制分量(36或58)增加了雪崩光电二极管的输出信号的增益至少5分贝(decibel)。
14．权利要求1的光电探测器电路，其中加到所说的偏压上的所说的高频调制分量(36或58)对于雪崩光电二极管的一个输出信号的一个给定的平均的增益降低了噪声。
15．权利要求1的光电探测器电路，其中加到所说的偏压上的所说的高频调制分量(36或58)对于雪崩光电二极管的一个输出信号的一个给定的增益增加了带宽。
16．权利要求11的光电探测器电路，其中所说的调制电路包括一个调制源(32或60)，它有一个用于输出一个调制信号的输出端；和一个滤波器(34或62)，它连接到所说的调制源的所说的输出端和所说的雪崩光电二极管。
17．权利要求11的光电探测器电路，它进一步包括用于使所说的高频调制分量和所说的电信号同步的装置。
18．权利要求1的光电探测器电路，它进一步包括一个信号放大器(42或66)，它被耦合进来，以便接收一个来自所说的雪崩光电二极管的信号输出；和一个滤波器(44或68)，它被耦合进来，以便接收一个来自所说的信号放大器的信号输出。
19．一个用于将一个输入的光信号变换到一个输出的电信号的光电探测器电路，它包括一个雪崩光电二极管(28或56)，它有一个信号接收端，用于接收要被变换到输出的电信号的输入的光信号；施加偏压的电路，它耦合到所说的雪崩光电二极管，以便将一个偏压加到所说的雪崩光电二极管上并且包括一个dc偏压电路(31或54)，用于向所说的偏压提供一个dc分量，以便当接收所说的输入光信号时将所说的雪崩光电二极管保持在一个稳定的雪崩增益条件中；和一个调制电路(32或60)，用于向所说的偏压提供一个调制分量，以便以一种提高雪崩光电二极管的输出电信号的诸输出特性的方式，对偏压进行调制。
20．权利要求19的光电探测器电路，其中所说的输入光信号包括一个工作在一个第一个脉冲重复频率上的光脉冲流，和其中所说的调制分量(58)工作在一个等于所说的第一个脉冲重复频率的第二个频率上。
21．权利要求20的光电探测器电路，其中所说的输入光信号包括一个有诸窄脉冲的光脉冲流，和其中所说的调制分量(58)有一个相位，使得诸窄脉冲和所说的调制分量的诸峰值重叠在一起。
22．权利要求19的光电探测器电路，其中所说的输入光信号包括一个工作在一个第一个脉冲重复频率上的光脉冲流，和其中所说的调制分量(36)工作在一个远大于所说的第一个脉冲重复频率的第二个频率上。
23．权利要求19的光电探测器电路，其中所说的输入光信号的强度调制的频率分量工作在一个第一个频率范围上，和其中所说的调制分量(36)工作在一个远大于所说的第一个频率范围的第二个频率上。
24．权利要求19的光电探测器电路，其中所说的诸雪崩光电二极管有一个反向偏压击穿电压，和其中所说的dc分量等于或小于所说的反向偏压击穿电压，和所说的调制分量周期性地超过所说的反向偏压击穿电压。
25．权利要求19的光电探测器电路，它进一步包括连接到所说的雪崩光电二极管的一个输出端的滤波电路(40或64)，该滤波电路用于在所说的雪崩光电二极管的一个信号输出中移去诸调制频率分量。
26．权利要求19的光电探测器电路，其中对于一个给定的dc偏压，所说偏压的所说的调制分量(36或58)增加了一个到雪崩光电二极管的输出信号的平均增益，对于到雪崩光电二极管的输出信号的一个给定的平均的增益降低了噪声，和对于雪崩光电二极管的一个输出信号的一个给定的平均的增益增加了带宽。
27．权利要求19的光电探测器电路，其中对于到雪崩光电二极管的输出信号的一个给定的增益，噪声作为加到所说的偏压上的所说的调制分量的频率的函数在某个工作范围内的增加而降低。
28．一个探测一个光信号的方法，它包括下列诸步骤用一个雪崩光电二极管电路(26或50)接收一个光信号；将一个偏压加到雪崩光电二极管电路；和产生一个信号输出；其中偏压包括一个dc分量(31或54)，用于当接收所说的输入光信号时将所说的雪崩光电二极管电路保持在一个稳定的雪崩增益条件中；和其中偏压进一步包括一个高频调制分量(36或58)，用于提高雪崩光电二极管的信号输出的诸输出特性。
29．权利要求28的光电探测器电路，其中所说的输入光信号的强度调制的诸频率分量工作在一个第一个频率范围上，和其中所说的高频调制分量(36)工作在一个远大于所说的第一个频率范围的第二个频率上。
30．权利要求29的方法，其中所说的偏压的高频调制分量(36或58)对于一个给定的增益降低了输出信号的噪声和增加了输出信号的带宽。
全文摘要
一个光电探测器电路包括一个雪崩光电二极管,雪崩光电二极管有一个信号输入端用于接收一个要被变换到一个电信号的输入光信号。光探测器电路进一步包括耦合到雪崩光电二极管的偏压电路,用于将一个偏压加到雪崩光电二极管上。偏压电路包含:(1)一个dc偏压电路,用于对偏压提供一个dc分量,以便当接收输入光信号时使雪崩光电二极管保持在一个稳定的雪崩增益条件中;和(2)一个调制电路,用于向偏压提供一个高频调制分量,以便以一种提高雪崩光电二极管的诸工作特性的方式,对偏压进行调制。特别是,对偏压进行调制的分量对于一个给定的平均增益降低了雪崩光电二极管的信号输出的噪声,并且对于一个给定的平均增益增加了雪崩光电二极管的信号输出的带宽。
文档编号H01L31/02GK1225194SQ97196273
公开日1999年8月4日 申请日期1997年6月6日 优先权日1996年6月7日
发明者阿里斯特·约翰·普里斯 申请人:阿尔卡塔尔公司