Båndbredde og responsivitet til fotodetektor

Båndbredde og responsivitet forfotodetektor
Når du velgerInGaAs fotodetektor, alle ønsker de samme spesifikasjonene: båndbredde over 10 GHz og responsivitet over 0,9 A/W. Etter å ha bladd gjennom datahåndboken, fant jeg ut at disse to tallene aldri vises på samme enhet. Responsiviteten for høy båndbredde er bare 0,5 A/W eller enda lavere, og båndbredden for høy responsivitet er bare noen få hundre MHz. Dette er ikke et teknisk problem med produsenten – båndbredde og responsivitet er iboende motstridende i fysikken, og man kan ikke ha det begge veier.
Båndbredde og responsivitet er en iboende fysisk motsetning, forankret i den kritiske parameteren absorpsjonslagets tykkelse. Å øke tykkelsen på absorpsjonslaget kan forbedre kvanteeffektiviteten (og dermed øke responsiviteten), men det vil forlenge transitttiden til ladningsbærere (og dermed redusere båndbredden); omvendt. Derfor kan ikke de to oppnås samtidig i utformingen av standard PIN-fotodetektorer, og et kompromiss må inngås.
Plan for gjennombrudd i bransjen:
Artikkelen introduserer tre avanserte teknologiske løsninger som tar sikte på å bryte gjennom denne motsetningen:
Bølgelederdetektor (WGPD): Frikobler lysets forplantningsretning fra ladningsbærernes driftretning, og kan oppnå høy båndbredde (>40 GHz) og høy responsivitet (>0,9 A/W) samtidig, men prosessen er kompleks og kostnaden er høy.
Unidirectional Carrier Transport-fotodetektor (UTC-PD): Ved å kun bruke høyhastighetselektroner til drift, eliminerer den transittidsbegrensningen for lavhastighetshull, kan den oppnå ekstremt høy båndbredde (> 100 GHz) og brukes ofte i høyhastighetskommunikasjon og terahertz-felt.
Resonant cavity enhanced photodetector (RCE): Ved å bruke et optisk resonant cavity for å forbedre lysabsorpsjonen i et tynt absorpsjonslag, kan den forbedre kvanteeffektiviteten samtidig som den opprettholder høy båndbredde, men driftsbåndbredden (spektralområdet) er svært smal.
Forslag til prosjektvalg:
Avklar prioriteringen av kravene: Bestem først minimumsbåndbreddekravet for fotodetektoren basert på systemets signalbåndbredde (med en margin på 3 ganger), og velg deretter modellen med høyest responstid under denne betingelsen.
Vær oppmerksom på systemnivåindikatorer: Ved evaluering av fotodetektoren bør man være oppmerksom på støyekvivalent effekt (NEP) og systemfølsomhet, ikke bare responsivitet, da høy responsivitet kan være ledsaget av høy støy.
VurderAPD-fotodetektori laveffektscenarier: Når effekten til det innfallende lyset er svært lav (for eksempel <-30 dBm), kan den interne forsterkningen til skredfotodioden (APD-fotodetektor) brukes til å kompensere for manglende respons, men man bør være oppmerksom på overflødig støy.
Valg av WGPD med høye krav og høyt budsjett: Når systemet krever både høy båndbredde (>20 GHz) og høy responsivitet (>0,8 A/W), kan ikke standard PIN-detektorer oppfylle kravene, og bølgelederdetektorer (WGPD) bør vurderes direkte.
Konklusjon:
Avveiningen av båndbredderesponsivitet for standardPIN-fotodetektorer en iboende fysisk begrensning. For å virkelig bryte gjennom den, er det nødvendig med innovasjon i enhetsstrukturen for å fysisk frikoble lysabsorpsjonsbanen fra ladningsbanen. Avanserte løsninger har utmerket ytelse, men høye kostnader, så i ingeniørpraksis er det fortsatt nødvendig å inngå et kompromiss mellom spesifikke applikasjonsscenarier, ytelseskrav og budsjetter.