Bandwidth dan responsivitas fotodetektor

Bandwidth dan responsivitasfotodetektor
Saat memilihFotodetektor InGaAsSemua orang menginginkan spesifikasi yang sama: bandwidth di atas 10 GHz dan responsivitas di atas 0,9 A/W. Setelah menelusuri manual data, saya menemukan bahwa kedua angka ini tidak pernah muncul pada perangkat yang sama. Responsivitas bandwidth tinggi hanya 0,5 A/W atau bahkan lebih rendah, dan bandwidth responsivitas tinggi hanya beberapa ratus MHz. Ini bukan masalah teknis dari pabrikan – bandwidth dan responsivitas pada dasarnya saling bertentangan dalam fisika, dan Anda tidak bisa mendapatkan keduanya.
Bandwidth dan responsivitas merupakan kontradiksi fisik yang inheren, berakar pada parameter kritis ketebalan lapisan absorpsi. Meningkatkan ketebalan lapisan absorpsi dapat meningkatkan efisiensi kuantum (sehingga meningkatkan responsivitas), tetapi akan memperpanjang waktu tempuh pembawa muatan (sehingga mengurangi bandwidth); dan sebaliknya. Oleh karena itu, dalam desain fotodetektor PIN standar, keduanya tidak dapat dicapai secara bersamaan dan harus ada kompromi.
Rencana terobosan industri:
Artikel ini memperkenalkan tiga solusi teknologi canggih yang bertujuan untuk mengatasi kontradiksi ini:
Detektor tipe pandu gelombang (WGPD): Memisahkan arah perambatan cahaya dari arah pergeseran pembawa muatan, dan dapat mencapai bandwidth tinggi (>40 GHz) dan responsivitas tinggi (>0,9 A/W) secara bersamaan, tetapi prosesnya kompleks dan biayanya tinggi.
Detektor foto transport pembawa searah (UTC-PD): Dengan hanya memanfaatkan elektron berkecepatan tinggi untuk pergeseran, menghilangkan keterbatasan waktu tempuh lubang berkecepatan rendah, detektor ini dapat mencapai bandwidth yang sangat tinggi (>100 GHz) dan umumnya digunakan dalam komunikasi berkecepatan tinggi dan bidang terahertz.
Detektor foto yang ditingkatkan dengan rongga resonansi (RCE): Dengan memanfaatkan rongga resonansi optik untuk meningkatkan penyerapan cahaya dalam lapisan penyerapan tipis, detektor ini dapat meningkatkan efisiensi kuantum sambil mempertahankan bandwidth tinggi, tetapi bandwidth operasinya (rentang spektral) sangat sempit.
Saran untuk pemilihan proyek:
Klarifikasi prioritas persyaratan: Pertama, tentukan persyaratan bandwidth minimum untuk fotodetektor berdasarkan bandwidth sinyal sistem (dengan margin 3 kali), dan kemudian pilih model dengan responsivitas tertinggi dalam kondisi ini.
Perhatikan indikator tingkat sistem: Saat mengevaluasi fotodetektor, perhatian harus diberikan pada daya setara kebisingan (NEP) dan sensitivitas sistem, bukan hanya responsivitas, karena responsivitas tinggi mungkin disertai dengan kebisingan yang tinggi.
MempertimbangkanFotodetektor APDDalam skenario daya rendah: Ketika daya cahaya insiden sangat rendah (seperti <-30 dBm), penguatan internal fotodioda longsoran (fotodetektor APD) dapat digunakan untuk mengkompensasi kurangnya responsivitas, tetapi perlu diperhatikan kebisingan berlebihnya.
Memilih WGPD dengan persyaratan tinggi dan anggaran besar: Ketika sistem membutuhkan bandwidth tinggi (>20 GHz) dan responsivitas tinggi (>0,8 A/W), detektor PIN standar tidak dapat memenuhi persyaratan tersebut, dan detektor tipe pandu gelombang (WGPD) harus langsung dipertimbangkan.
Kesimpulan:
Kompromi responsivitas bandwidth standarfotodetektor PINmerupakan keterbatasan fisik yang melekat. Untuk benar-benar mengatasinya, diperlukan inovasi dalam struktur perangkat untuk secara fisik memisahkan jalur penyerapan cahaya dari jalur transit pembawa muatan. Solusi kelas atas memiliki kinerja yang sangat baik tetapi biaya tinggi, sehingga dalam praktik rekayasa, masih perlu untuk membuat kompromi antara skenario aplikasi spesifik, persyaratan kinerja, dan anggaran.