Šírka pásma a citlivosť fotodetektora

Šírka pásma a citlivosťfotodetektor
Pri výbereInGaAs fotodetektor, každý chce rovnaké špecifikácie: šírku pásma nad 10 GHz a citlivosť nad 0,9 A/W. Po prelistovaní manuálu s údajmi som zistil, že tieto dve čísla sa nikdy neobjavujú na tom istom zariadení. Citlivosť pri vysokej šírke pásma je iba 0,5 A/W alebo dokonca nižšia a šírka pásma pri vysokej citlivosti je len niekoľko stoviek MHz. Nejde o technický problém výrobcu – šírka pásma a citlivosť sú vo fyzike inherentne protichodné a nemôžete mať oboje.
Šírka pásma a citlivosť sú inherentným fyzikálnym rozporom, ktorý má korene v kritickom parametri hrúbky absorpčnej vrstvy. Zväčšenie hrúbky absorpčnej vrstvy môže zlepšiť kvantovú účinnosť (a tým zvýšiť citlivosť), ale predĺži čas prechodu nosičov náboja (a tým znížiť šírku pásma); a naopak. Preto pri návrhu štandardného PIN fotodetektora nemožno dosiahnuť tieto dve veci súčasne a je potrebné urobiť kompromis.
Plán prelomu v tomto odvetví:
Článok predstavuje tri špičkové technologické riešenia zamerané na prekonanie tohto rozporu:
Detektor vlnovodového typu (WGPD): Oddeľuje smer šírenia svetla od smeru driftu nosičov náboja a dokáže súčasne dosiahnuť vysokú šírku pásma (> 40 GHz) a vysokú citlivosť (> 0,9 A/W), ale proces je zložitý a náklady sú vysoké.
Jednosmerný fotodetektor s transportom nosičov (UTC-PD): Vďaka využitiu iba vysokorýchlostných elektrónov na drift, eliminuje obmedzenie času prechodu nízkorýchlostných dier, dokáže dosiahnuť extrémne vysokú šírku pásma (> 100 GHz) a bežne sa používa vo vysokorýchlostnej komunikácii a terahertzových oblastiach.
Fotodetektor s rezonančnou dutinou (RCE): Využitím optickej rezonančnej dutiny na zvýšenie absorpcie svetla v tenkej absorpčnej vrstve môže zlepšiť kvantovú účinnosť pri zachovaní vysokej šírky pásma, ale prevádzková šírka pásma (spektrálny rozsah) je veľmi úzka.
Návrhy na výber projektu:
Objasnite prioritu požiadaviek: Najprv určte minimálnu požiadavku na šírku pásma pre fotodetektor na základe šírky pásma systémového signálu (s trojnásobnou rezervou) a potom vyberte model s najvyššou citlivosťou za tejto podmienky.
Venujte pozornosť indikátorom na úrovni systému: Pri hodnotení fotodetektora by sa mala venovať pozornosť aj ekvivalentnému výkonu šumu (NEP) a citlivosti systému, nielen citlivosti, pretože vysoká citlivosť môže byť sprevádzaná vysokým šumom.
ZvážteAPD fotodetektorV scenároch s nízkym výkonom: Keď je dopadajúci svetelný výkon veľmi nízky (napríklad <-30 dBm), na kompenzáciu nedostatočnej odozvy možno použiť interný zisk lavínovej fotodiódy (APD fotodetektora), ale treba venovať pozornosť jej nadmernému šumu.
Výber WGPD s vysokými požiadavkami a vysokým rozpočtom: Ak systém vyžaduje vysokú šírku pásma (> 20 GHz) aj vysokú citlivosť (> 0,8 A/W), štandardné PIN detektory nemôžu splniť požiadavky a mali by sa priamo zvážiť detektory vlnovodového typu (WGPD).
Záver:
Kompromis v oblasti odozvy na šírku pásma v porovnaní so štandardomPIN fotodetektorje inherentné fyzické obmedzenie. Aby sa to skutočne prekonalo, je potrebná inovácia v štruktúre zariadenia, aby sa fyzicky oddelila dráha absorpcie svetla od dráhy prenosu nosiča náboja. Špičkové riešenia majú vynikajúci výkon, ale vysoké náklady, takže v inžinierskej praxi je stále potrebné robiť kompromisy medzi špecifickými aplikačnými scenármi, požiadavkami na výkon a rozpočtami.