Ширина на честотната лента и чувствителност на фотодетектора

Честотна лента и отзивчивост нафотодетектор
При избораInGaAs фотодетектор, всички искат едни и същи спецификации: честотна лента над 10 GHz и чувствителност над 0.9 A/W. След като прегледах ръководството с данни, открих, че тези две числа никога не се появяват на едно и също устройство. Чувствителността при висока честотна лента е само 0.5 A/W или дори по-ниска, а честотната лента с висока честотна лента е само няколкостотин MHz. Това не е технически проблем с производителя – честотната лента и чувствителността са по своята същност противоречиви във физиката и не можете да имате и двете.
Ширината на честотната лента и чувствителността са присъщо физическо противоречие, коренящо се в критичния параметър на дебелината на абсорбционния слой. Увеличаването на дебелината на абсорбционния слой може да подобри квантовата ефективност (като по този начин ще повиши чувствителността), но ще удължи времето за преминаване на носителите на заряд (като по този начин ще намали честотната лента); и обратното. Следователно, при проектирането на стандартен PIN фотодетектор, двете не могат да бъдат постигнати едновременно и трябва да се направи компромис.
План за пробив в индустрията:
Статията представя три високотехнологични решения, насочени към преодоляване на това противоречие:
Детектор от вълноводен тип (WGPD): Разделя посоката на разпространение на светлината от посоката на дрейф на носителите на заряд и може да постигне едновременно висока честотна лента (>40 GHz) и висока чувствителност (>0,9 A/W), но процесът е сложен и цената е висока.
Еднопосочен фотодетектор за транспорт на носители (UTC-PD): Използвайки само високоскоростни електрони за дрейф, елиминирайки ограничението на времето за преминаване на нискоскоростните дупки, той може да постигне изключително висока честотна лента (>100 GHz) и се използва често във високоскоростни комуникационни и терагерцови полета.
Фотодетектор с резонансна кухина (RCE): Използвайки оптична резонансна кухина за подобряване на абсорбцията на светлина в тънък абсорбционен слой, той може да подобри квантовата ефективност, като същевременно поддържа висока честотна лента, но работната честотна лента (спектрален диапазон) е много тясна.
Предложения за избор на проект:
Изяснете приоритета на изискванията: Първо, определете минималната изисквана честотна лента за фотодетектора въз основа на честотната лента на системния сигнал (с марж от 3 пъти) и след това изберете модела с най-висока чувствителност при това условие.
Обърнете внимание на индикаторите на системно ниво: При оценката на фотодетектора трябва да се обърне внимание на еквивалентната мощност на шума (NEP) и чувствителността на системата, не само на чувствителността, тъй като високата чувствителност може да бъде съпроводена с висок шум.
ПомислетеAPD фотодетекторВ сценарии с ниска мощност: Когато мощността на падащата светлина е много ниска (например <-30 dBm), вътрешното усилване на лавинния фотодиод (APD фотодетектор) може да се използва за компенсиране на липсата на реакция, но трябва да се обърне внимание на неговия излишен шум.
Избор на WGPD с високи изисквания и висок бюджет: Когато системата изисква едновременно висока честотна лента (>20 GHz) и висока чувствителност (>0,8 A/W), стандартните PIN детектори не могат да отговорят на изискванията и трябва директно да се разгледат детектори от вълноводен тип (WGPD).
Заключение:
Компромисът с чувствителността на честотната лента на стандартаПИН фотодетекторе присъщо физическо ограничение. За да се преодолее наистина, са необходими иновации в структурата на устройството, за да се отдели физически пътя на поглъщане на светлина от пътя на преминаване на носителя. Висококачествените решения имат отлична производителност, но високи разходи, така че в инженерната практика все още е необходимо да се прави компромис между специфични сценарии на приложение, изисквания за производителност и бюджети.