Fotodetektoriaus pralaidumas ir jautrumas

Pralaidumas ir reagavimo greitisfotodetektorius
RenkantisInGaAs fotodetektorius, visi nori tų pačių specifikacijų: pralaidumo virš 10 GHz ir jautrumo virš 0,9 A/W. Peržvelgęs duomenų vadovą, pastebėjau, kad šie du skaičiai niekada nerodomi tame pačiame įrenginyje. Didelio pralaidumo jautrumo rodiklis yra tik 0,5 A/W ar net mažesnis, o didelio jautrumo dažnių juostos plotis – tik keli šimtai MHz. Tai nėra techninė gamintojo problema – pralaidumas ir jautrumo rodikliai fizikoje iš esmės prieštarauja vienas kitam, ir negali būti abiejų.
Juostos plotis ir jautrumas yra įgimtas fizikinis prieštaravimas, kylantis iš kritinio sugerties sluoksnio storio parametro. Sugerties sluoksnio storio padidinimas gali pagerinti kvantinį efektyvumą (taip padidinant jautrumą), tačiau tai pailgins krūvininkų tranzito laiką (taip sumažindamas pralaidumą); atvirkščiai. Todėl, projektuojant standartinį PIN fotodetektorių, šių dviejų savybių negalima pasiekti vienu metu ir reikia ieškoti kompromiso.
Pramonės proveržio planas:
Straipsnyje pristatomi trys aukščiausios klasės technologiniai sprendimai, skirti įveikti šį prieštaravimą:
Bangolaidžio tipo detektorius (WGPD): atskiria šviesos sklidimo kryptį nuo krūvininkų dreifo krypties ir gali vienu metu pasiekti didelį pralaidumą (> 40 GHz) ir didelį jautrumą (> 0,9 A/W), tačiau procesas yra sudėtingas ir brangus.
Vienakryptis nešiklio pernašos fotodetektorius (UTC-PD): dreifui naudojant tik didelės spartos elektronus, pašalinant mažos spartos skylių tranzito laiko apribojimus, jis gali pasiekti itin didelį pralaidumą (> 100 GHz) ir yra dažniausiai naudojamas didelės spartos ryšio ir terahercų laukuose.
Rezonansinės ertmės sustiprintas fotodetektorius (RCE): Naudojant optinę rezonansinę ertmę šviesos sugerčiai pagerinti ploname sugerties sluoksnyje, galima pagerinti kvantinį efektyvumą išlaikant didelį pralaidumą, tačiau darbinis pralaidumas (spektrinis diapazonas) yra labai siauras.
Pasiūlymai projektų atrankai:
Paaiškinkite reikalavimų prioritetą: pirmiausia, remdamiesi sistemos signalo pralaidumu (su 3 kartų paklaida), nustatykite fotodetektoriaus minimalų pralaidumo reikalavimą ir tada pasirinkite modelį, kurio jautrumas šiomis sąlygomis yra didžiausias.
Atkreipkite dėmesį į sistemos lygio indikatorius: vertinant fotodetektorių, reikėtų atkreipti dėmesį į triukšmo ekvivalento galią (NEP) ir sistemos jautrumą, o ne tik į reaktyvumą, nes didelį reaktyvumą gali lydėti didelis triukšmas.
ApsvarstykiteAPD fotodetektoriusMažos galios scenarijuose: kai krintančios šviesos galia yra labai maža (pvz., <-30 dBm), lavinos fotodiodo (APD fotodetektoriaus) vidinis stiprinimas gali būti naudojamas kompensuoti jautrumo stoką, tačiau reikėtų atkreipti dėmesį į jo perteklinį triukšmą.
Bangolaidžio tipo detektorių (WGPD) pasirinkimas esant aukštiems reikalavimams ir dideliam biudžetui: kai sistemai reikalingas didelis pralaidumas (> 20 GHz) ir didelis jautrumas (> 0,8 A/W), standartiniai PIN detektoriai negali atitikti reikalavimų, todėl reikėtų tiesiogiai apsvarstyti bangolaidžio tipo detektorius (WGPD).
Išvada:
Standartinio pralaidumo jautrumo kompromisasPIN fotodetektoriusyra įgimtas fizinis apribojimas. Norint jį iš tikrųjų įveikti, reikia diegti inovacijas įrenginio struktūroje, kad būtų fiziškai atskirtas šviesos sugerties kelias nuo nešiklio tranzito kelio. Aukštos klasės sprendimai pasižymi puikiomis savybėmis, tačiau yra brangūs, todėl inžinerinėje praktikoje vis tiek būtina rasti kompromisą tarp konkrečių taikymo scenarijų, našumo reikalavimų ir biudžeto.