Fotodetektorens båndbredde og responsivitet

Båndbredde og responsivitet forfotodetektor
Når du vælgerInGaAs fotodetektor, alle ønsker de samme specifikationer: båndbredde over 10 GHz og responsivitet over 0,9 A/W. Efter at have bladret igennem datamanualen fandt jeg ud af, at disse to tal aldrig vises på den samme enhed. Responsiviteten ved høj båndbredde er kun 0,5 A/W eller endnu lavere, og båndbredden ved høj responsivitet er kun et par hundrede MHz. Dette er ikke et teknisk problem med producenten – båndbredde og responsivitet er i sagens natur modstridende i fysikken, og man kan ikke have det begge veje.
Båndbredde og responsivitet er en iboende fysisk modsigelse, der er rodfæstet i den kritiske parameter for absorptionslagets tykkelse. Forøgelse af tykkelsen af ​​absorptionslaget kan forbedre kvanteeffektiviteten (og dermed øge responsiviteten), men det vil forlænge ladningsbærernes transittid (og dermed reducere båndbredden); omvendt. Derfor kan de to ikke opnås samtidigt i designet af standard PIN-fotodetektorer, og der skal indgås et kompromis.
Plan for gennembrud i branchen:
Artiklen introducerer tre avancerede teknologiske løsninger, der har til formål at bryde denne modsætning:
Bølgelederdetektor (WGPD): Afkobler lysets udbredelsesretning fra ladningsbærernes driftretning og kan opnå høj båndbredde (>40 GHz) og høj responsivitet (>0,9 A/W) samtidigt, men processen er kompleks, og omkostningerne er høje.
Unidirektionel bærertransportfotodetektor (UTC-PD): Ved kun at bruge højhastighedselektroner til drift, hvilket eliminerer transittidsbegrænsningen for lavhastighedshuller, kan den opnå ekstremt høj båndbredde (>100 GHz) og bruges almindeligvis i højhastighedskommunikation og terahertz-felter.
Resonant cavity enhanced photodetector (RCE): Ved at bruge et optisk resonant cavity til at forbedre lysabsorptionen i et tyndt absorptionslag kan den forbedre kvanteeffektiviteten, samtidig med at den opretholder en høj båndbredde, men driftsbåndbredden (spektralområdet) er meget smal.
Forslag til projektvalg:
Afklar prioriteringen af ​​kravene: Bestem først minimumsbåndbreddekravet for fotodetektoren baseret på systemets signalbåndbredde (med en margin på 3 gange), og vælg derefter den model med den højeste responstid under denne betingelse.
Vær opmærksom på systemniveauindikatorer: Ved evaluering af fotodetektoren skal der lægges vægt på støjækvivalent effekt (NEP) og systemfølsomhed, ikke kun responsivitet, da høj responsivitet kan være ledsaget af høj støj.
OvervejAPD-fotodetektorI scenarier med lavt strømforbrug: Når det indfaldende lys' effekt er meget lav (f.eks. <-30 dBm), kan den interne forstærkning af lavinefotodioden (APD-fotodetektor) bruges til at kompensere for den manglende respons, men man skal være opmærksom på dens overskydende støj.
Valg af WGPD med høje krav og højt budget: Når systemet kræver både høj båndbredde (>20 GHz) og høj responsivitet (>0,8 A/W), kan standard PIN-detektorer ikke opfylde kravene, og bølgelederdetektorer (WGPD) bør overvejes direkte.
Konklusion:
Afvejningen af ​​båndbredderesponsivitet for standardPIN-fotodetektorer en iboende fysisk begrænsning. For virkelig at bryde igennem den, er innovation i enhedsstrukturen nødvendig for fysisk at afkoble lysabsorptionsvejen fra ladningsbærerens transitvej. Avancerede løsninger har fremragende ydeevne, men høje omkostninger, så i ingeniørpraksis er det stadig nødvendigt at indgå et kompromis mellem specifikke applikationsscenarier, ydeevnekrav og budgetter.