Amplada de banda i responsivitat del fotodetector

Amplada de banda i capacitat de resposta defotodetector
A l'hora d'escollirFotodetector d'InGaAs, tothom vol les mateixes especificacions: amplada de banda superior a 10 GHz i resposta superior a 0,9 A/W. Després de fullejar el manual de dades, vaig descobrir que aquests dos números no apareixen mai al mateix dispositiu. La resposta d'alta amplada de banda és només de 0,5 A/W o fins i tot inferior, i l'alta amplada de banda és només d'uns pocs centenars de MHz. Això no és un problema tècnic del fabricant: l'amplada de banda i la resposta són inherentment contradictòries en la física, i no es poden tenir les dues coses.
L'amplada de banda i la responsivitat són una contradicció física inherent, arrelada al paràmetre crític del gruix de la capa d'absorció. Augmentar el gruix de la capa d'absorció pot millorar l'eficiència quàntica (augmentant així la responsivitat), però prolongarà el temps de trànsit dels portadors de càrrega (reduint així l'amplada de banda); viceversa. Per tant, en el disseny d'un fotodetector PIN estàndard, no es poden aconseguir els dos simultàniament i s'ha de fer un compromís.
Pla d'innovació industrial:
L'article presenta tres solucions tecnològiques d'alta gamma destinades a trencar aquesta contradicció:
Detector de tipus guia d'ones (WGPD): desacobla la direcció de propagació de la llum de la direcció de deriva dels portadors de càrrega i pot aconseguir simultàniament un ample de banda elevat (>40 GHz) i una alta responsivitat (>0,9 A/W), però el procés és complex i el cost és elevat.
Fotodetector de transport de portadors unidireccional (UTC-PD): Utilitzant només electrons d'alta velocitat per a la deriva, eliminant la limitació de temps de trànsit dels forats de baixa velocitat, pot aconseguir un ample de banda extremadament alt (>100 GHz) i s'utilitza habitualment en comunicacions d'alta velocitat i camps de terahertz.
Fotodetector millorat per cavitat ressonant (RCE): Utilitzant una cavitat ressonant òptica per millorar l'absorció de la llum dins d'una capa d'absorció fina, pot millorar l'eficiència quàntica mantenint un ample de banda elevat, però l'ample de banda operatiu (rang espectral) és molt estret.
Suggeriments per a la selecció de projectes:
Aclarir la prioritat dels requisits: en primer lloc, determinar el requisit mínim d'amplada de banda per al fotodetector en funció de l'amplada de banda del senyal del sistema (amb un marge de 3 vegades) i, a continuació, seleccionar el model amb la resposta més alta en aquesta condició.
Presteu atenció als indicadors de nivell de sistema: En avaluar un fotodetector, cal prestar atenció a la potència equivalent al soroll (NEP) i a la sensibilitat del sistema, no només a la resposta, ja que una resposta alta pot anar acompanyada d'un soroll elevat.
Considerafotodetector APDEn escenaris de baixa potència: quan la potència de la llum incident és molt baixa (com ara <-30 dBm), el guany intern del fotodíode d'allau (fotodetector APD) es pot utilitzar per compensar la manca de resposta, però cal parar atenció al seu excés de soroll.
Triar un WGPD amb requisits i pressupost elevats: quan el sistema requereix tant un ample de banda elevat (>20 GHz) com una alta resposta (>0,8 A/W), els detectors PIN estàndard no poden complir els requisits i s'han de considerar directament els detectors de guia d'ones (WGPD).
Conclusió:
El compromís de resposta d'amplada de banda estàndardfotodetector PINés una limitació física inherent. Per superar-la realment, cal innovar en l'estructura del dispositiu per desacoblar físicament la via d'absorció de llum de la via de trànsit del portador. Les solucions d'alta gamma tenen un rendiment excel·lent però costos elevats, per la qual cosa en la pràctica de l'enginyeria, encara cal fer un compromís entre escenaris d'aplicació específics, requisits de rendiment i pressupostos.