Valodetektorin kaistanleveys ja herkkyys

Kaistanleveys ja reagointikykyvaloilmaisin
Kun valitsetInGaAs-fotodetektori, kaikki haluavat samat tekniset tiedot: kaistanleveyden yli 10 GHz ja vasteajan yli 0,9 A/W. Selattuani dataopasta huomasin, että näitä kahta lukua ei koskaan esiinny samassa laitteessa. Suuren kaistanleveyden vasteaika on vain 0,5 A/W tai jopa alhaisempi, ja suuren vasteajan kaistanleveys on vain muutama sata MHz. Tämä ei ole valmistajan tekninen ongelma – kaistanleveys ja vasteaika ovat fysiikassa luonnostaan ​​ristiriidassa keskenään, eikä molempia voi olla.
Kaistanleveys ja vastekyky ovat fysikaalinen ristiriita, joka juontaa juurensa absorptiokerroksen paksuuden kriittisestä parametrista. Absorptiokerroksen paksuuden lisääminen voi parantaa kvanttitehokkuutta (ja siten parantaa vastekykyä), mutta se pidentää varauksenkuljettajien siirtymäaikaa (ja siten pienentää kaistanleveyttä). Päinvastoin. Siksi standardin PIN-fotodetektorin suunnittelussa näitä kahta ei voida saavuttaa samanaikaisesti, ja on tehtävä kompromissi.
Alan läpimurtosuunnitelma:
Artikkelissa esitellään kolme huipputeknologiaratkaisua, joiden tarkoituksena on murtaa tämä ristiriita:
Aaltoputkityyppinen ilmaisin (WGPD): Erottaa valon etenemissuunnan varauksenkuljettajien ajautumissuunnasta ja voi saavuttaa samanaikaisesti suuren kaistanleveyden (>40 GHz) ja suuren vastekyvyn (>0,9 A/W), mutta prosessi on monimutkainen ja kustannukset korkeat.
Yksisuuntainen kantoaallonsiirtofotodetektori (UTC-PD): Se hyödyntää vain suurnopeuksisia elektroneja ajautumiseen, mikä poistaa hitaiden reikien siirtoaikarajoituksen. Se voi saavuttaa erittäin suuren kaistanleveyden (> 100 GHz). Sitä käytetään yleisesti suurnopeuksisissa tietoliikenneyhteyksissä ja terahertsikentissä.
Resonanssiontelolla tehostettu fotodetektori (RCE): Käyttämällä optista resonanssionteloa valon absorption parantamiseksi ohuessa absorptiokerroksessa, se voi parantaa kvanttitehokkuutta säilyttäen samalla suuren kaistanleveyden, mutta toimintakaistanleveys (spektrialue) on hyvin kapea.
Ehdotuksia projektin valintaan:
Selvennä vaatimusten tärkeysjärjestys: Määritä ensin valoilmaisimen vähimmäiskaistanleveysvaatimus järjestelmän signaalin kaistanleveyden perusteella (kolminkertaisella marginaalilla) ja valitse sitten malli, jolla on korkein vasteaika tässä tilanteessa.
Kiinnitä huomiota järjestelmätason indikaattoreihin: Valoilmaisinta arvioitaessa on kiinnitettävä huomiota kohinaekvivalenttitehoon (NEP) ja järjestelmän herkkyyteen, ei pelkästään vastekykyyn, sillä korkeaan vastekykyyn voi liittyä korkea kohina.
HarkitseAPD-valoilmaisinpienitehoisissa tilanteissa: Kun tulevan valon teho on hyvin pieni (kuten <-30 dBm), lumivyöryfotodiodin (APD-fotodetektorin) sisäistä vahvistusta voidaan käyttää kompensoimaan reagointikyvyn puutetta, mutta sen aiheuttamaan kohinaan on kiinnitettävä huomiota.
Aaltoputkityyppisen ilmaisimen (WGPD) valinta korkeilla vaatimuksilla ja budjetilla: Kun järjestelmä vaatii sekä suurta kaistanleveyttä (> 20 GHz) että suurta vasteaikaa (> 0,8 A/W), tavalliset PIN-ilmaisimet eivät pysty täyttämään vaatimuksia, ja aaltoputkityyppisiä ilmaisimia (WGPD) tulisi harkita suoraan.
Johtopäätös:
Standardin kaistanleveyden vastekyvyn kompromissiPIN-valoilmaisinon luontainen fyysinen rajoitus. Jotta siitä voidaan todella päästä yli, tarvitaan innovaatioita laiterakenteessa, jotta valon absorptioreitti voidaan fyysisesti erottaa kantoaallon läpikulkureitistä. Huippuluokan ratkaisuilla on erinomainen suorituskyky, mutta ne ovat korkeat kustannukset, joten tekniikan käytännössä on silti tehtävä kompromisseja tiettyjen sovellusskenaarioiden, suorituskykyvaatimusten ja budjettien välillä.