Bandwidth at responsibilidad ng photodetector

Bandwidth at responsibilidad ngphotodetector
Kapag pumipiliPhotodetector ng InGaAs, gusto ng lahat ng parehong detalye: bandwidth na higit sa 10 GHz at responsivity na higit sa 0.9 A/W. Matapos kong baliktarin ang manwal ng datos, nalaman kong hindi lumalabas ang dalawang numerong ito sa iisang device. Ang high bandwidth responsiveness ay 0.5 A/W lamang o mas mababa pa, at ang high responsiveness bandwidth ay ilang daang MHz lamang. Hindi ito teknikal na isyu sa tagagawa – ang bandwidth at responsiveness ay likas na magkasalungat sa pisika, at hindi mo maaaring makuha ang parehong paraan.
Ang bandwidth at responsivity ay isang likas na pisikal na kontradiksyon, na nakaugat sa kritikal na parameter ng kapal ng absorption layer. Ang pagpapataas ng kapal ng absorption layer ay maaaring mapabuti ang quantum efficiency (sa gayon ay mapapahusay ang responsivity), ngunit hahabain nito ang oras ng pagdaan ng mga charge carrier (sa gayon ay mababawasan ang bandwidth); Kabaligtaran naman. Samakatuwid, sa disenyo ng karaniwang PIN photodetector, hindi maaaring makamit ang dalawa nang sabay at kailangang gumawa ng kompromiso.
Plano ng tagumpay sa industriya:
Ipinakikilala ng artikulo ang tatlong high-end na solusyong teknolohikal na naglalayong basagin ang kontradiksyong ito:
Detektor na uri ng Waveguide (WGPD): Pinaghihiwalay ang direksyon ng paglaganap ng liwanag mula sa direksyon ng pag-anod ng mga tagapagdala ng karga, at maaaring makamit ang mataas na bandwidth (>40 GHz) at mataas na responsivity (>0.9 A/W) nang sabay-sabay, ngunit ang proseso ay kumplikado at mataas ang gastos.
Unidirectional Carrier Transport photodetector (UTC-PD): Ginagamit lamang ang mga high-speed electron para sa drift, na inaalis ang limitasyon sa oras ng pagdaan ng mga low-speed hole, kaya nitong makamit ang napakataas na bandwidth (>100 GHz) at karaniwang ginagamit sa high-speed communication at mga terahertz field.
Pinahusay na photodetector (RCE) gamit ang resonant cavity: Gamit ang optical resonant cavity upang mapahusay ang pagsipsip ng liwanag sa loob ng manipis na absorption layer, mapapabuti nito ang quantum efficiency habang pinapanatili ang mataas na bandwidth, ngunit ang operating bandwidth (spectral range) ay napakakitid.
Mga mungkahi para sa pagpili ng proyekto:
Linawin ang prayoridad ng mga kinakailangan: Una, tukuyin ang minimum na kinakailangan sa bandwidth para sa photodetector batay sa bandwidth ng signal ng sistema (na may margin na 3 beses), at pagkatapos ay piliin ang modelo na may pinakamataas na kakayahang tumugon sa ilalim ng kundisyong ito.
Bigyang-pansin ang mga tagapagpahiwatig ng antas ng sistema: Kapag sinusuri ang photodetector, dapat bigyang-pansin ang noise equivalent power (NEP) at sensitivity ng sistema, hindi lamang ang responsivity, dahil ang mataas na responsivity ay maaaring may kasamang mataas na ingay.
Isaalang-alangDetektor ng APDsa mga senaryo na mababa ang lakas: Kapag ang lakas ng liwanag na dulot ng insidente ay napakababa (tulad ng <-30 dBm), ang internal gain ng avalanche photodiode (APD photodetector) ay maaaring gamitin upang mabawi ang kakulangan ng pagtugon, ngunit dapat bigyang-pansin ang labis na ingay nito.
Pagpili ng WGPD na may mataas na pangangailangan at mataas na badyet: Kapag ang sistema ay nangangailangan ng parehong mataas na bandwidth (>20 GHz) at mataas na responsivity (>0.8 A/W), hindi matutugunan ng mga karaniwang PIN detector ang mga kinakailangan, at dapat direktang isaalang-alang ang mga waveguide type detector (WGPD).
Konklusyon:
Ang trade-off ng bandwidth responsivity ng pamantayanPIN photodetectoray isang likas na pisikal na limitasyon. Upang tunay na malampasan ito, kinakailangan ang inobasyon sa istruktura ng aparato upang pisikal na paghiwalayin ang landas ng pagsipsip ng liwanag mula sa landas ng pagdaan ng carrier. Ang mga high-end na solusyon ay may mahusay na pagganap ngunit mataas ang gastos, kaya sa pagsasagawa ng inhinyeriya, kinakailangan pa ring gumawa ng kompromiso sa pagitan ng mga partikular na senaryo ng aplikasyon, mga kinakailangan sa pagganap, at mga badyet.