任何光接收機的主要工作(zuò)部件之一是光電(diàn)檢測器(qì)（其将光功率轉換成電(diàn)流）。根據系統性能目标，可(kě)以使用PIN或APD（雪崩光電(diàn)二極管）光電(diàn)探測器(qì)。
誤碼率（BER）是用于确定通(tōng)信傳輸系統可(kě)靠性的主要指标，通(tōng)常與接收機靈敏度值相關聯，該靈敏度值定義必須到達光電(diàn)檢測器(qì)以實現所需BER性能的最小(xiǎo)平均光功率。 或者，可(kě)以從采樣信号統計(jì)中計(jì)算(suàn)信道(dào)的Q因子，并用于估計(jì)系統BER（OptiSystem支持兩種計(jì)算(suàn)方法）。
光電(diàn)探測器(qì)在定義基本通(tōng)信系統的最終靈敏度方面起着重要作(zuò)用，因為(wèi)它以散粒（基于量子）和(hé)熱噪聲的形式提供統計(jì)擾動。它還(hái)引入了暗電(diàn)流（可(kě)以看作(zuò)是直流噪聲），并且具有(yǒu)定義的響應度（一種測量每單位功率輸入獲得(de)多(duō)少(shǎo)電(diàn)輸出），其取決于入射光的波長和(hé)傳感器(qì)的材料特性以及物理(lǐ)設計(jì)。 除了這些(xiē)效應之外，由于存在結電(diàn)容并且需要連接到負載電(diàn)阻器(qì)來(lái)測量接收信号，所以光電(diàn)檢測器(qì)還(hái)表現出頻率依賴性的傳遞函數(shù)（在這個(gè)分析中，假定傳遞函數(shù)是理(lǐ)想的）。
以下四個(gè)示例演示如何設置和(hé)測量（使用OptiSystem）PIN和(hé)APD強度調制(zhì)直接檢測（IM-DD）系統的接收機靈敏度，特别是：
量子受限理(lǐ)想PIN光電(diàn)探測器(qì)
熱噪聲受限PIN光電(diàn)探測器(qì)
熱噪聲和(hé)散粒噪聲APD的性能
具有(yǒu)光學前置放大(dà)的PIN光電(diàn)探測器(qì)
本案例的參考文件是: PIN and APD Receiver Sensitivity Analysis Version 1_0 24 Jan 17.osd.
1.理(lǐ)想光電(diàn)探測器(qì)（PIN）
測試配置如下：位速率：10 Gb / s; 波長= 1550nm; PIN響應度：1 A / W; 暗電(diàn)流= 0 nA; 序列長度= 1048576。
由于接收機是理(lǐ)想的，它的唯一噪聲源是PIN散粒（量子）噪聲 - 熱噪聲已被禁用。 當預期的邏輯1（ON信号）看不到光子（泊松統計(jì)）時(shí)，接收機将發出錯誤。 數(shù)據恢複組件的絕對阈值設置為(wèi)1E-12以驗證此條件。
實現給定BER所需的光子/位的最小(xiǎo)數(shù)量可(kě)以計(jì)算(suàn)如下：BER = 1/2 * exp（-2 * N）其中N是每位的光子的平均數(shù)。 對于下面的例子，衰減器(qì)設置為(wèi)58.1 dB（平均光子每位≈6）。 所得(de)到的期望量子限制(zhì)性能是LOG（BER）= -5.51。
對于下面的模拟運行(xíng)，BER測試集顯示檢測到三個(gè)誤碼（LOG（BER）= -5.54）
參考：L. Kazovsky，S.Benedetto，A. Willner，Optical Fiber Communication Systems，Artech House（1996），pp.299-200。
圖1.理(lǐ)想光電(diàn)接收機（PIN）
2.熱噪聲受限PIN
在本例中，PIN光電(diàn)二極管（Q = 7，BER = 1E-12）的接收靈敏度基于以下配置确定：位速率：100 Mb / s; 波長= 1550nm; 負載電(diàn)阻：100歐姆; 溫度= 300K; PIN響應度：0.95 A / W
在這種情況下，主要噪聲源是PIN熱噪聲（熱噪聲電(diàn)流= 91 nA）。 所需的接收機靈敏度約為(wèi)-31.7 dBm。
注意：在參考中，負載電(diàn)阻設置為(wèi)200歐姆。 作(zuò)為(wèi)額外的放大(dà)器(qì)，REF（包括電(diàn)後置放大(dà)器(qì)的模型）中包含3 dB的噪聲系數(shù)，我們将負載電(diàn)阻降低(dī)到100，以将噪聲系數(shù)增加2倍。
參考: Keiser, Gerd; “Optical Fiber Communications”, 4th Ed., Tata McGraw Hill, 2008 (pp 261-262)
圖2.熱噪聲受限（PIN）
組件腳本功能可(kě)用于執行(xíng)自定義計(jì)算(suàn)和(hé)結果。 如果需要，可(kě)以訪問設計(jì)圖上(shàng)任何組件的參數(shù)或結果，并将其用作(zuò)計(jì)算(suàn)的輸入。
下面的VBScript與PIN組件相關聯。 首先計(jì)算(suàn)接收信号Q，然後基于目标Q（也可(kě)以使用測量的Q）來(lái)計(jì)算(suàn)接收機靈敏度。
要訪問組件腳本，請(qǐng)右鍵單擊組件，然後從下拉菜單中選擇組件腳本
圖2.1.熱噪聲限制(zhì)（PIN）
3.熱/噪聲散粒噪聲（APD）
在本例中，APD光電(diàn)二極管（Q = 7，BER = 1e-12）的接收靈敏度是根據以下配置确定的：位速率：100Mb / s; 波長= 1550nm; 負載電(diàn)阻：100歐姆; 溫度= 300K; PIN響應度：0.95 A / W; 增益（M）= 10; F（M）= 5。
在這種情況下，主要噪聲源仍然是APD熱噪聲（熱噪聲電(diàn)流= 100 nA），但(dàn)是由于APD增益和(hé)因子導緻散粒噪聲增加（散粒噪聲電(diàn)流= 21 nA）。 然而，與PIN模式相比，信号也經曆增益，整體(tǐ)性能得(de)到改善（所需的接收機靈敏度約為(wèi)-42dBm）。
注意：在參考中，負載電(diàn)阻設置為(wèi)200歐姆。 作(zuò)為(wèi)額外的放大(dà)器(qì)，REF（包括電(diàn)後置放大(dà)器(qì)的模型）中包含3 dB的噪聲系數(shù)，我們将負載電(diàn)阻降低(dī)到100，以将噪聲系數(shù)增加兩倍。
參考: Keiser, Gerd; “Optical Fiber Communications”, 4th Ed., Tata McGraw Hill, 2008 (pp 261-262)
圖3.熱噪聲散粒噪聲（APD）
4.帶有(yǒu)前置放大(dà)器(qì)的PIN
在本例中，PIN光電(diàn)二極管與前置放大(dà)器(qì)（Q = 7，BER = 1e-12）的接收靈敏度基于以下配置進行(xíng)建模：位速率：100 Mb / s; 波長= 1550nm（193.4145THz）; OA增益= 30dB; OA_NF = 4 dB; 光濾波器(qì)BW =位速率* 2; PIN響應度：0.95 A / W; 接收機BW =位速率
在這種情況下，主噪聲源被假定為(wèi)信号ASE拍頻噪聲（因為(wèi)我們在OA之後應用信道(dào)濾波器(qì)，ASE-ASE拍頻噪聲可(kě)以被忽略）。
熱噪聲也被忽略，但(dàn)是通(tōng)常會(huì)在接收機的光功率低(dī)（小(xiǎo)于1mW）的情況下惡化。
接收機靈敏度計(jì)算(suàn)如下: RcvrSenPwr = NFLinear*h*Freq*RxBW*(Q^2 + Q(rf-0.5)^0.5
參考: Optical Communication Systems (OPT428), slides 280-282, Govind P. Agrawal, Institute of Optics, University of Rochester, Rochester, NY 14627 (http://www.optics.rochester.edu/users/gpa/opt428c.pdf - Accessed 9 Jan 2017)
圖4.光前置放大(dà)器(qì)（PIN）
下面的VBScript與PIN組件（布局：光學前置放大(dà)器(qì)（PIN））相關聯。 光學靈敏度計(jì)算(suàn)方式有(yǒu)三種：光子每位，功率（W），功率（dBm）
帶寬比（rf）定義了濾波器(qì)帶寬與電(diàn)接收機帶寬的比率（保持該比率低(dī)有(yǒu)助于提高(gāo)接收機靈敏度）。
圖4.1.光前置放大(dà)器(qì)（PIN）
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