Fotodetektori ribalaius ja reageerimisvõime

Ribalaius ja reageerimisvõimefotodetektor
ValidesInGaAs fotodetektor, tahavad kõik samu spetsifikatsioone: ribalaiust üle 10 GHz ja reageerimisvõimet üle 0,9 A/W. Pärast andmejuhendi sirvimist avastasin, et need kaks numbrit ei esine kunagi samal seadmel. Suure ribalaiuse reageerimisvõime on vaid 0,5 A/W või isegi madalam ja suure reageerimisvõimega ribalaius on vaid paar sada MHz. See ei ole tootja tehniline probleem – ribalaius ja reageerimisvõime on füüsikas oma olemuselt vastuolulised ja mõlemat ei saa olla.
Ribalaius ja reageerimisvõime on loomupärane füüsikaline vastuolu, mille juured peituvad neeldumiskihi paksuse kriitilises parameetris. Neeldumiskihi paksuse suurendamine võib parandada kvantefektiivsust (suurendades seeläbi reageerimisvõimet), kuid see pikendab laengukandjate transiidiaega (vähendades seeläbi ribalaiust); vastupidi. Seetõttu ei saa standardse PIN-fotodetektori konstruktsioonis neid kahte samaaegselt saavutada ja tuleb teha kompromiss.
Läbimurdeplaan tööstusharus:
Artiklis tutvustatakse kolme tipptasemel tehnoloogilist lahendust, mille eesmärk on sellest vastuolust üle saada:
Lainejuht-tüüpi detektor (WGPD): lahutab valguse levimissuuna laengukandjate triivi suunast ning suudab saavutada samaaegselt suure ribalaiuse (>40 GHz) ja suure reageerimisvõime (>0,9 A/W), kuid protsess on keeruline ja kulukas.
Ühesuunaline elektronkandjate fotodetektor (UTC-PD): Kasutades triiviks ainult kiireid elektrone, kõrvaldades madala kiirusega aukude transiidiaja piirangu, suudab see saavutada äärmiselt suure ribalaiuse (>100 GHz) ja seda kasutatakse tavaliselt kiire side ja terahertside väljade puhul.
Resonantsõõnsusega täiustatud fotodetektor (RCE): Kasutades optilist resonantsõõnsust valguse neeldumise suurendamiseks õhukeses neeldumiskihis, saab see parandada kvantefektiivsust, säilitades samal ajal suure ribalaiuse, kuid tööribalaius (spektraalne vahemik) on väga kitsas.
Soovitused projekti valimiseks:
Nõuete prioriteetsuse selgitamine: esiteks määrake fotodetektori minimaalne ribalaiuse nõue süsteemi signaali ribalaiuse põhjal (kolmekordse varuga) ja seejärel valige mudel, millel on selles olukorras kõrgeim reageerimisvõime.
Pöörake tähelepanu süsteemi taseme indikaatoritele: fotodetektori hindamisel tuleks tähelepanu pöörata müraekvivalendi võimsusele (NEP) ja süsteemi tundlikkusele, mitte ainult reageerimisvõimele, kuna kõrge reageerimisvõimega võib kaasneda kõrge müra.
KaaluAPD fotodetektorVäikese võimsusega stsenaariumides: kui langeva valguse võimsus on väga madal (näiteks <-30 dBm), saab laviinifotodioodi (APD-fotodetektori) sisemist võimendust kasutada reageerimisvõime puudumise kompenseerimiseks, kuid tähelepanu tuleks pöörata selle liigsele mürale.
Lainejuht-tüüpi detektori (WGPD) valimine kõrgete nõuete ja eelarve korral: kui süsteem nõuab nii suurt ribalaiust (>20 GHz) kui ka suurt reageerimisvõimet (>0,8 A/W), ei saa standardsed PIN-detektorid nõuetele vastata ja otse tuleks kaaluda lainejuht-tüüpi detektoreid (WGPD).
Järeldus:
Standardse ribalaiuse reageerimisvõime kompromissPIN-koodi fotodetektoron loomupärane füüsiline piirang. Selle tõeliseks läbimurdeks on vaja innovatsiooni seadme struktuuris, et füüsiliselt lahutada valguse neeldumise rada laengukandja transiiditeest. Tipptasemel lahendustel on suurepärane jõudlus, kuid kõrge hind, seega on inseneripraktikas siiski vaja teha kompromiss konkreetsete rakendusstsenaariumide, jõudlusnõuete ja eelarvete vahel.