ფოტოდეტექტორის გამტარუნარიანობა და მგრძნობელობა

გამტარუნარიანობა და რეაგირებაფოტოდეტექტორი
არჩევისასInGaAs ფოტოდეტექტორიყველას ერთი და იგივე სპეციფიკაციები სურს: გამტარობა 10 გჰც-ზე მეტი და მგრძნობელობა 0.9 ამპერ/ვატზე მეტი. მონაცემების სახელმძღვანელოს გადახედვის შემდეგ აღმოვაჩინე, რომ ეს ორი რიცხვი ერთსა და იმავე მოწყობილობაზე არასდროს ჩნდება. მაღალი გამტარობის მგრძნობელობა მხოლოდ 0.5 ამპერ/ვატ ან უფრო დაბალია, ხოლო მაღალი მგრძნობელობის გამტარობა მხოლოდ რამდენიმე ასეული მჰც. ეს არ არის მწარმოებლის ტექნიკური პრობლემა - გამტარობა და მგრძნობელობა ფიზიკაში თავისთავად წინააღმდეგობრივია და ორივეს ერთდროულად მიღება შეუძლებელია.
გამტარუნარიანობა და მგრძნობელობა თანდაყოლილი ფიზიკური წინააღმდეგობაა, რომელიც შთანთქმის ფენის სისქის კრიტიკულ პარამეტრში დევს. შთანთქმის ფენის სისქის გაზრდამ შეიძლება გააუმჯობესოს კვანტური ეფექტურობა (რითაც გაიზრდება მგრძნობელობა), მაგრამ გაახანგრძლივებს მუხტის მატარებლების ტრანზიტის დროს (რითაც შემცირდება გამტარუნარიანობა); პირიქით. ამიტომ, სტანდარტული PIN ფოტოდეტექტორის დიზაინში ორივეს ერთდროულად მიღწევა შეუძლებელია და კომპრომისზე წასვლაა საჭირო.
ინდუსტრიის გარღვევის გეგმა:
სტატიაში წარმოდგენილია სამი მაღალი დონის ტექნოლოგიური გადაწყვეტა, რომლებიც მიზნად ისახავს ამ წინააღმდეგობის გადალახვას:
ტალღის გამტარი ტიპის დეტექტორი (WGPD): ახდენს სინათლის გავრცელების მიმართულების გამოყოფას მუხტის მატარებლების დრიფტის მიმართულებისგან და ერთდროულად შეუძლია მაღალი გამტარუნარიანობის (>40 გჰც) და მაღალი მგრძნობელობის (>0.9 ა/ვტ) მიღწევა, თუმცა პროცესი რთულია და ღირებულება მაღალია.
ცალმხრივი მატარებლის ტრანსპორტირების ფოტოდეტექტორი (UTC-PD): დრიფტისთვის მხოლოდ მაღალსიჩქარიან ელექტრონებს იყენებს, გამორიცხავს დაბალი სიჩქარის ხვრელების ტრანზიტის დროის შეზღუდვას, მას შეუძლია მიაღწიოს უკიდურესად მაღალ გამტარობას (>100 გჰც) და ფართოდ გამოიყენება მაღალსიჩქარიან კომუნიკაციასა და ტერაჰერცულ ველებში.
რეზონანსული ღრუთი გაძლიერებული ფოტოდეტექტორი (RCE): თხელი შთანთქმის ფენაში სინათლის შთანთქმის გასაძლიერებლად ოპტიკურ-რეზონანსული ღრუს გამოყენებით, მას შეუძლია გააუმჯობესოს კვანტური ეფექტურობა მაღალი გამტარუნარიანობის შენარჩუნებისას, მაგრამ ოპერაციული გამტარუნარიანობა (სპექტრული დიაპაზონი) ძალიან ვიწროა.
პროექტის არჩევის რეკომენდაციები:
მოთხოვნების პრიორიტეტის დაზუსტება: პირველ რიგში, სისტემის სიგნალის გამტარუნარიანობის მიხედვით (3-ჯერადი ზღვარით) განსაზღვრეთ ფოტოდეტექტორისთვის მინიმალური გამტარუნარიანობის მოთხოვნა და შემდეგ შეარჩიეთ მოდელი, რომელსაც ამ პირობებში ყველაზე მაღალი რეაგირების უნარი აქვს.
ყურადღება მიაქციეთ სისტემის დონის ინდიკატორებს: ფოტოდეტექტორის შეფასებისას ყურადღება უნდა მიექცეს ხმაურის ექვივალენტურ სიმძლავრეს (NEP) და სისტემის მგრძნობელობას და არა მხოლოდ მგრძნობელობას, რადგან მაღალ მგრძნობელობას შეიძლება თან ახლდეს მაღალი ხმაური.
განიხილეთAPD ფოტოდეტექტორიდაბალი სიმძლავრის სცენარებში: როდესაც დაცემული სინათლის სიმძლავრე ძალიან დაბალია (მაგალითად, <-30 dBm), ზვავის ფოტოდიოდის (APD ფოტოდეტექტორი) შიდა გაძლიერება შეიძლება გამოყენებულ იქნას რეაგირების ნაკლებობის კომპენსირებისთვის, მაგრამ ყურადღება უნდა მიექცეს მის ჭარბ ხმაურს.
მაღალი მოთხოვნებითა და ბიუჯეტით WGPD-ის არჩევა: როდესაც სისტემას სჭირდება როგორც მაღალი გამტარობა (>20 გჰც), ასევე მაღალი მგრძნობელობა (>0.8 ამპერ/ვატი), სტანდარტული PIN დეტექტორები ვერ აკმაყოფილებენ მოთხოვნებს და პირდაპირ უნდა განიხილონ ტალღის გამტარი ტიპის დეტექტორები (WGPD).
დასკვნა:
სტანდარტის გამტარუნარიანობის რეაგირების კომპრომისიPIN ფოტოდეტექტორიეს თანდაყოლილი ფიზიკური შეზღუდვაა. მისი სრულად დასაძლევად, საჭიროა მოწყობილობის სტრუქტურაში ინოვაცია, რათა ფიზიკურად გამოეყოს სინათლის შთანთქმის გზა მატარებლის ტრანზიტის გზას. მაღალი კლასის გადაწყვეტილებებს აქვთ შესანიშნავი შესრულება, მაგრამ მაღალი ღირებულება, ამიტომ საინჟინრო პრაქტიკაში მაინც აუცილებელია კომპრომისის გაკეთება კონკრეტული გამოყენების სცენარებს, შესრულების მოთხოვნებსა და ბიუჯეტს შორის.