Lățimea de bandă și reactivitatea fotodetectorului

Lățimea de bandă și responsivitateafotodetector
Când alegețiFotodetector InGaAs, toată lumea își dorește aceleași specificații: lățime de bandă peste 10 GHz și responsivitate peste 0,9 A/W. După ce am răsfoit manualul de date, am constatat că aceste două numere nu apar niciodată pe același dispozitiv. Reacția la lățimea de bandă mare este de doar 0,5 A/W sau chiar mai mică, iar lățimea de bandă mare de reacție este de doar câteva sute de MHz. Aceasta nu este o problemă tehnică a producătorului - lățimea de bandă și responsivitatea sunt inerent contradictorii în fizică și nu poți avea ambele variante.
Lățimea de bandă și reactivitatea reprezintă o contradicție fizică inerentă, înrădăcinată în parametrul critic al grosimii stratului de absorbție. Creșterea grosimii stratului de absorbție poate îmbunătăți eficiența cuantică (sporind astfel reactivitatea), dar va prelungi timpul de tranzit al purtătorilor de sarcină (reducând astfel lățimea de bandă); invers. Prin urmare, în proiectarea unui fotodetector PIN standard, cele două nu pot fi obținute simultan și trebuie făcut un compromis.
Plan de inovație în industrie:
Articolul prezintă trei soluții tehnologice de ultimă generație care vizează depășirea acestei contradicții:
Detector de tip ghid de undă (WGPD): Decuplează direcția de propagare a luminii de direcția de deviație a purtătorilor de sarcină și poate atinge simultan o lățime de bandă mare (>40 GHz) și o responsivitate ridicată (>0,9 A/W), dar procesul este complex, iar costul este ridicat.
Fotodetector unidirecțional de transport al purtătorilor (UTC-PD): Utilizând doar electroni de mare viteză pentru drift, eliminând limitarea timpului de tranzit a golurilor de viteză mică, poate atinge o lățime de bandă extrem de mare (>100 GHz) și este utilizat în mod obișnuit în comunicații de mare viteză și câmpuri de teraherți.
Fotodetector îmbunătățit prin cavitate rezonantă (RCE): Utilizând o cavitate rezonantă optică pentru a îmbunătăți absorbția luminii într-un strat subțire de absorbție, se poate îmbunătăți eficiența cuantică menținând în același timp o lățime de bandă mare, dar lățimea de bandă de funcționare (intervalul spectral) este foarte îngustă.
Sugestii pentru selecția proiectelor:
Clarificați prioritatea cerințelor: În primul rând, determinați lățimea de bandă minimă necesară pentru fotodetector pe baza lățimii de bandă a semnalului sistemului (cu o marjă de 3 ori), apoi selectați modelul cu cea mai mare capacitate de răspuns în această condiție.
Acordați atenție indicatorilor la nivel de sistem: La evaluarea unui fotodetector, trebuie acordată atenție puterii echivalente în zgomot (NEP) și sensibilității sistemului, nu doar responsivității, deoarece o responsivitate ridicată poate fi însoțită de zgomot ridicat.
Luați în considerareFotodetector APDÎn scenarii de putere redusă: Când puterea luminii incidente este foarte mică (cum ar fi <-30 dBm), amplificarea internă a fotodiodei de avalanșă (fotodetectorul APD) poate fi utilizată pentru a compensa lipsa de răspuns, dar trebuie acordată atenție zgomotului excesiv.
Alegerea WGPD cu cerințe ridicate și buget ridicat: Când sistemul necesită atât lățime de bandă mare (>20 GHz), cât și responsivitate ridicată (>0,8 A/W), detectoarele PIN standard nu pot îndeplini cerințele și ar trebui luate în considerare direct detectoarele de tip ghid de undă (WGPD).
Concluzie:
Compromisul de răspuns la lățime de bandă al standarduluiFotodetector PINeste o limitare fizică inerentă. Pentru a o depăși cu adevărat, este nevoie de inovație în structura dispozitivului pentru a decupla fizic calea de absorbție a luminii de calea de tranzit a purtătorului. Soluțiile de înaltă performanță au performanțe excelente, dar costuri ridicate, așa că în practica inginerească este totuși necesar să se facă un compromis între scenariile specifice de aplicare, cerințele de performanță și bugete.