Gjerësia e brezit dhe përgjegjshmëria e fotodetektorit

Gjerësia e brezit dhe reagimi ifotodetektor
Kur zgjedhFotodetektor InGaAs, të gjithë duan të njëjtat specifikime: gjerësi bande mbi 10 GHz dhe përgjegjshmëri mbi 0.9 A/W. Pasi shfletova manualin e të dhënave, zbulova se këto dy numra nuk shfaqen kurrë në të njëjtën pajisje. Përgjegjshmëria me gjerësi bande të lartë është vetëm 0.5 A/W ose edhe më e ulët, dhe gjerësia e bandës me përgjegjshmëri të lartë është vetëm disa qindra MHz. Ky nuk është një problem teknik me prodhuesin - gjerësia e bandës dhe përgjegjshmëria janë në thelb kontradiktore në fizikë, dhe nuk mund t'i kesh të dyja.
Gjerësia e brezit dhe përgjegjshmëria janë një kontradiktë e natyrshme fizike, e rrënjosur në parametrin kritik të trashësisë së shtresës absorbuese. Rritja e trashësisë së shtresës absorbuese mund të përmirësojë efikasitetin kuantik (duke rritur kështu përgjegjshmërinë), por do të zgjasë kohën e kalimit të bartësve të ngarkesës (duke zvogëluar kështu gjerësinë e brezit); Anasjelltas. Prandaj, në projektimin e fotodetektorit standard PIN, të dyja nuk mund të arrihen njëkohësisht dhe duhet të bëhet një kompromis.
Plani i përparimit në industri:
Artikulli prezanton tre zgjidhje teknologjike të nivelit të lartë që synojnë të thyejnë këtë kontradiktë:
Detektor i tipit valëpërçues (WGPD): Shkëput drejtimin e përhapjes së dritës nga drejtimi i zhvendosjes së bartësve të ngarkesës dhe mund të arrijë një brez të lartë (>40 GHz) dhe reagim të lartë (>0.9 A/W) njëkohësisht, por procesi është kompleks dhe kostoja është e lartë.
Fotodetektor unidireksional i transportit të bartësve (UTC-PD): Duke përdorur vetëm elektrone me shpejtësi të lartë për zhvendosje, duke eliminuar kufizimin e kohës së tranzitit të vrimave me shpejtësi të ulët, ai mund të arrijë një brez frekuence jashtëzakonisht të lartë (>100 GHz) dhe përdoret zakonisht në komunikimin me shpejtësi të lartë dhe në fushat teraherc.
Fotodetektor i përmirësuar me zgavër rezonante (RCE): Duke përdorur një zgavër rezonante optike për të rritur thithjen e dritës brenda një shtrese të hollë thithjeje, ai mund të përmirësojë efikasitetin kuantik duke ruajtur një gjerësi të lartë të brezit, por gjerësia e brezit operativ (diapazoni spektral) është shumë e ngushtë.
Sugjerime për zgjedhjen e projektit:
Sqaroni përparësinë e kërkesave: Së pari, përcaktoni kërkesën minimale të gjerësisë së bandës për fotodetektorin bazuar në gjerësinë e bandës së sinjalit të sistemit (me një diferencë prej 3 herësh) dhe më pas zgjidhni modelin me reagimin më të lartë në këtë kusht.
Kushtojini vëmendje treguesve të nivelit të sistemit: Kur vlerësoni fotodetektorin, duhet t'i kushtoni vëmendje fuqisë ekuivalente të zhurmës (NEP) dhe ndjeshmërisë së sistemit, jo vetëm reagimit, pasi reagimi i lartë mund të shoqërohet me zhurmë të lartë.
KonsideroFotodetektor APDnë skenarë me fuqi të ulët: Kur fuqia e dritës incidente është shumë e ulët (si p.sh. <-30 dBm), fitimi i brendshëm i fotodiodës së ortekut (fotodetektor APD) mund të përdoret për të kompensuar mungesën e reagimit, por duhet t'i kushtohet vëmendje zhurmës së tepërt të saj.
Zgjedhja e WGPD me kërkesa të larta dhe buxhet të lartë: Kur sistemi kërkon si brez të lartë frekuence (>20 GHz) ashtu edhe përgjegjshmëri të lartë (>0.8 A/W), detektorët standardë PIN nuk mund t'i plotësojnë kërkesat, dhe detektorët e tipit valëpërçues (WGPD) duhet të merren në konsideratë drejtpërdrejt.
Përfundim:
Kompromisi i përgjegjshmërisë së bandwidth-it të standarditFotodetektor PINështë një kufizim fizik i natyrshëm. Për ta kapërcyer vërtet atë, nevojitet inovacion në strukturën e pajisjes për të shkëputur fizikisht rrugën e thithjes së dritës nga rruga e tranzitit të bartësit. Zgjidhjet e nivelit të lartë kanë performancë të shkëlqyer, por kosto të larta, kështu që në praktikën inxhinierike, është ende e nevojshme të bëhet një kompromis midis skenarëve specifikë të aplikimit, kërkesave të performancës dhe buxheteve.