Пропусни опсег и осетљивост фотодетектора

Пропусни опсег и брзина одзивафотодетектор
Приликом избораInGaAs фотодетектор, сви желе исте спецификације: пропусни опсег изнад 10 GHz и брзину одзива изнад 0,9 A/W. Након што сам прелистао упутство за употребу, открио сам да се ова два броја никада не појављују на истом уређају. Одзив великог пропусног опсега је само 0,5 A/W или чак и нижи, а пропусни опсег великог одзива је само неколико стотина MHz. Ово није технички проблем са произвођачем – пропусни опсег и брзина одзива су инхерентно контрадикторни у физици и не можете имати и једно и друго.
Пропусни опсег и осетљивост су инхерентна физичка контрадикција, утемељена у критичном параметру дебљине апсорпционог слоја. Повећање дебљине апсорпционог слоја може побољшати квантну ефикасност (чиме се повећава осетљивост), али ће продужити време проласка носилаца наелектрисања (чиме се смањује пропусни опсег); обрнуто. Стога, код дизајна стандардног PIN фотодетектора, то двоје се не може постићи истовремено и мора се направити компромис.
План за пробој у индустрији:
Чланак представља три врхунска технолошка решења усмерена на превазилажење ове контрадикције:
Детектор типа таласовода (WGPD): Одваја смер простирања светлости од смера дрифта носилаца наелектрисања и може истовремено постићи велики пропусни опсег (>40 GHz) и високу осетљивост (>0,9 A/W), али је процес сложен, а трошкови високи.
Једносмерни фотодетектор за транспорт носача (UTC-PD): Користећи само електроне велике брзине за дрифт, елиминишући ограничење времена транзита шупљина мале брзине, може постићи изузетно висок пропусни опсег (>100 GHz) и често се користи у комуникационим пољима велике брзине и терахерцним пољима.
Фотодетектор са побољшаном резонантном шупљином (RCE): Коришћењем оптичке резонантне шупљине за побољшање апсорпције светлости унутар танког апсорпционог слоја, може се побољшати квантна ефикасност уз одржавање високог пропусног опсега, али је оперативни пропусни опсег (спектрални опсег) веома узак.
Предлози за избор пројекта:
Разјасните приоритет захтева: Прво, одредите минимални захтев за пропусни опсег фотодетектора на основу пропусног опсега системског сигнала (са маргином од 3 пута), а затим изаберите модел са највећим одзивом под овим условом.
Обратите пажњу на индикаторе на нивоу система: Приликом процене фотодетектора, пажњу треба обратити на снагу еквивалента шума (NEP) и осетљивост система, не само на брзину одзива, јер висока брзина одзива може бити праћена високом буком.
РазмотритеАПД фотодетекторУ сценаријима мале снаге: Када је снага упадног светла веома ниска (као што је <-30 dBm), унутрашње појачање лавинске фотодиоде (APD фотодетектора) може се користити за компензацију недостатка одзива, али треба обратити пажњу на њен вишак шума.
Избор WGPD-а са високим захтевима и високим буџетом: Када систем захтева и велики пропусни опсег (>20 GHz) и високу осетљивост (>0,8 A/W), стандардни PIN детектори не могу да испуне захтеве, па треба директно размотрити детекторе типа таласовода (WGPD).
Закључак:
Компромис између стандарда и одзива пропусног опсегаПИН фотодетекторје инхерентно физичко ограничење. Да би се оно заиста превазишло, потребне су иновације у структури уређаја како би се физички одвојио пут апсорпције светлости од путање пролаза носача. Врхунска решења имају одличне перформансе, али високе трошкове, тако да је у инжењерској пракси и даље неопходно направити компромис између специфичних сценарија примене, захтева за перформансама и буџета.