Pasovna širina in odzivnost fotodetektorja

Pasovna širina in odzivnostfotodetektor
Pri izbiriInGaAs fotodetektorVsi si želijo enake specifikacije: pasovno širino nad 10 GHz in odzivnost nad 0,9 A/W. Po pregledu priročnika s podatki sem ugotovil, da se ti dve številki nikoli ne pojavita na isti napravi. Odzivnost pri visoki pasovni širini je le 0,5 A/W ali celo manj, pasovna širina pri visoki odzivnosti pa je le nekaj sto MHz. To ni tehnična težava proizvajalca – pasovna širina in odzivnost sta si v fiziki sami po sebi protislovni in ne morete imeti obojega.
Pasovna širina in odzivnost sta inherentno fizikalno protislovje, ki temelji na kritičnem parametru debeline absorpcijske plasti. Povečanje debeline absorpcijske plasti lahko izboljša kvantno učinkovitost (s čimer se poveča odzivnost), vendar bo podaljšalo čas prehoda nosilcev naboja (s čimer se zmanjša pasovna širina); obratno. Zato pri zasnovi standardnega PIN fotodetektorja obeh ni mogoče doseči hkrati in je treba skleniti kompromis.
Načrt za preboj v industriji:
Članek predstavlja tri vrhunske tehnološke rešitve, katerih cilj je prebiti to protislovje:
Detektor valovodnega tipa (WGPD): Loči smer širjenja svetlobe od smeri premikanja nosilcev naboja in lahko hkrati doseže visoko pasovno širino (> 40 GHz) in visoko odzivnost (> 0,9 A/W), vendar je postopek zapleten in stroški visoki.
Enosmerni fotodetektor za transport nosilcev (UTC-PD): Za drift uporablja samo visokohitrostne elektrone, s čimer odpravlja omejitev časa prehoda nizkohitrostnih lukenj, lahko doseže izjemno visoko pasovno širino (> 100 GHz) in se pogosto uporablja v visokohitrostni komunikaciji in terahercnih področjih.
Fotodetektor z izboljšano resonančno votlino (RCE): Z uporabo optične resonančne votline za izboljšanje absorpcije svetlobe znotraj tanke absorpcijske plasti lahko izboljša kvantno učinkovitost, hkrati pa ohranja visoko pasovno širino, vendar je delovna pasovna širina (spektralno območje) zelo ozka.
Predlogi za izbiro projekta:
Pojasnite prioriteto zahtev: Najprej določite minimalno zahtevo glede pasovne širine fotodetektorja na podlagi pasovne širine sistemskega signala (z odstopanjem 3-kratnika) in nato izberite model z največjo odzivnostjo v tem pogoju.
Bodite pozorni na kazalnike na ravni sistema: Pri ocenjevanju fotodetektorja je treba pozornost nameniti moči šumnega ekvivalenta (NEP) in občutljivosti sistema, ne le odzivnosti, saj lahko visoko odzivnost spremlja visok šum.
RazmisliteAPD fotodetektorV scenarijih z nizko porabo energije: Ko je moč vpadne svetlobe zelo nizka (npr. <-30 dBm), se lahko za kompenzacijo pomanjkanja odzivnosti uporabi notranji ojačanje lavinske fotodiode (APD fotodetektorja), vendar je treba biti pozoren na njen prekomerni šum.
Izbira WGPD z visokimi zahtevami in visokim proračunom: Kadar sistem zahteva tako visoko pasovno širino (> 20 GHz) kot visoko odzivnost (> 0,8 A/W), standardni PIN detektorji ne morejo izpolniti zahtev in je treba neposredno upoštevati detektorje valovodnega tipa (WGPD).
Zaključek:
Kompromis glede odzivnosti pasovne širine pri standarduPIN-fotodetektorje inherentna fizična omejitev. Da bi jo resnično premagali, so potrebne inovacije v strukturi naprave, s katerimi bi fizično ločili pot absorpcije svetlobe od poti prenosa nosilca naboja. Vrhunske rešitve imajo odlično zmogljivost, vendar visoke stroške, zato je v inženirski praksi še vedno treba sklepati kompromise med specifičnimi scenariji uporabe, zahtevami glede zmogljivosti in proračuni.