Propusni opseg i odziv fotodetektora

Propusnost i odzivfotodetektor
Prilikom odabiraInGaAs fotodetektor, svi žele iste specifikacije: propusnost iznad 10 GHz i odziv iznad 0,9 A/W. Nakon što sam prelistao priručnik s podacima, otkrio sam da se ova dva broja nikada ne pojavljuju na istom uređaju. Odziv visoke propusnosti je samo 0,5 A/W ili čak i niži, a propusnost visoke odzivnosti je samo nekoliko stotina MHz. Ovo nije tehnički problem s proizvođačem - propusnost i odziv su inherentno kontradiktorni u fizici i ne možete imati oboje.
Propusni opseg i osjetljivost su inherentna fizička kontradikcija, ukorijenjena u kritičnom parametru debljine apsorpcijskog sloja. Povećanje debljine apsorpcijskog sloja može poboljšati kvantnu efikasnost (time povećavajući osjetljivost), ali će produžiti vrijeme prolaska nosioca naboja (time smanjujući propusnost); obrnuto. Stoga se pri dizajnu standardnog PIN fotodetektora, to dvoje ne može postići istovremeno i mora se napraviti kompromis.
Plan za proboj u industriji:
Članak predstavlja tri vrhunska tehnološka rješenja usmjerena na prevazilaženje ove kontradikcije:
Detektor tipa talasovoda (WGPD): Odvaja smjer širenja svjetlosti od smjera drifta nosilaca naboja i može istovremeno postići visoku propusnost (>40 GHz) i visoku osjetljivost (>0,9 A/W), ali je proces složen, a cijena visoka.
Jednosmjerni fotodetektor transporta nosioca naboja (UTC-PD): Koristeći samo elektrone velike brzine za drift, eliminirajući ograničenje vremena tranzita rupa male brzine, može postići izuzetno visoku propusnost (>100 GHz) i često se koristi u brzim komunikacijskim i terahercnim poljima.
Fotodetektor sa poboljšanom rezonantnom šupljinom (RCE): Korištenjem optičke rezonantne šupljine za poboljšanje apsorpcije svjetlosti unutar tankog apsorpcijskog sloja, može se poboljšati kvantna efikasnost uz održavanje visoke propusnosti, ali je radna propusnost (spektralni raspon) vrlo uzak.
Prijedlozi za odabir projekta:
Razjasnite prioritet zahtjeva: Prvo, odredite minimalni zahtjev za propusnim opsegom za fotodetektor na osnovu propusnog opsega sistemskog signala (sa marginom od 3 puta), a zatim odaberite model sa najvećom responzivnošću pod tim uslovom.
Obratite pažnju na indikatore na nivou sistema: Prilikom procjene fotodetektora, pažnju treba obratiti na ekvivalentnu snagu šuma (NEP) i osjetljivost sistema, ne samo na odziv, jer visok odziv može biti praćen visokim šumom.
RazmotriteAPD fotodetektorU scenarijima niske snage: Kada je snaga upadne svjetlosti vrlo niska (npr. <-30 dBm), interno pojačanje lavinske fotodiode (APD fotodetektora) može se koristiti za kompenzaciju nedostatka odziva, ali treba obratiti pažnju na njen višak šuma.
Odabir WGPD-a s visokim zahtjevima i visokim budžetom: Kada sistem zahtijeva i visoku propusnost (>20 GHz) i visoku osjetljivost (>0,8 A/W), standardni PIN detektori ne mogu ispuniti zahtjeve, te treba direktno razmotriti detektore valovodnog tipa (WGPD).
Zaključak:
Kompromis u odzivu propusnog opsega standardaPIN fotodetektorje inherentno fizičko ograničenje. Da bi se ono zaista prevazišlo, potrebna je inovacija u strukturi uređaja kako bi se fizički odvojio put apsorpcije svjetlosti od puta tranzita nosioca naboja. Vrhunska rješenja imaju odlične performanse, ali i visoke troškove, tako da je u inženjerskoj praksi i dalje potrebno napraviti kompromis između specifičnih scenarija primjene, zahtjeva za performansama i budžeta.