1. Kľúčové parametre výkonu

1.1.Odozva (R)

Citlivosť je pomer generovaného fotoprúdu k dopadajúcemu optickému výkonu, vyjadrený v A/W. Závisí to od vlnovej dĺžky, vlastností materiálu, kvantovej účinnosti a štruktúry zariadenia. Fotodiódy InGaAs zvyčajne poskytujú vysokú odozvu v telekomunikačných pásmach 1310nm a 1550nm, hoci presná hodnota sa líši v závislosti od konštrukcie zariadenia a prevádzkových podmienok. Vyššia odozva vytvára väčší fotoprúd pre daný optický vstup, čo môže zlepšiť citlivosť detekcie, keď ostatné zdroje šumu zostanú porovnateľné.

1.2.Temný prúd (Id)

Tmavý prúd je zvodový prúd, ktorý preteká fotodiódou pri absencii dopadajúceho svetla. Môže vzniknúť z niekoľkých mechanizmov, vrátane tepelnej rekombinácie, difúzie nosiča, povrchového presakovania a defektov zariadenia. Temný prúd sa vo všeobecnosti zvyšuje s reverznou odchýlkou ​​a teplotou a prispieva k zníženiu šumu detektora. Nízky tmavý prúd je obzvlášť dôležitý pre detekciu slabého osvetlenia a presné meranie optického výkonu.

1.3.Kapacita spoja (Cj) a šírka pásma

Kapacita spoja je kapacita spojená s prechodom fotodiódy. Spolu s odporom záťaže môže tvoriť RC dolnopriepustnú odozvu, ktorá obmedzuje šírku pásma detektora. Nižšia spojovacia kapacita vo všeobecnosti umožňuje vyššiu šírku pásma, zatiaľ čo spojovacia kapacita typicky klesá so zvyšujúcou sa spätnou odchýlkou ​​a zvyšuje sa s aktívnou oblasťou.

Keď je odozva RC dominantným obmedzením šírky pásma, približnú šírku pásma 3 dB možno odhadnúť ako:

f3dB ≈ 1 / (2π × RL × Cj)

Skutočná šírka pásma fotodiódy tiež závisí od doby prenosu nosiča, sériového odporu, parazitných vlastností balíka a odčítacieho obvodu. Menšie aktívne oblasti a vhodná reverzná odchýlka môžu pomôcť dosiahnuť vyššiu šírku pásma, ale optimálny dizajn závisí od štruktúry detektora a požiadaviek aplikácie.

1.4.Priemer aktívnej oblasti

Aktívna oblasť je fotosenzitívna oblasť fotodiódy, typicky špecifikovaná jej priemerom. Väčšie aktívne oblasti môžu obsahovať väčšie optické lúče a poskytujú väčšiu toleranciu zarovnania pre voľný priestor alebo divergentné lúče, ale vo všeobecnosti majú vyššiu spojovaciu kapacitu a nižšiu šírku pásma. Menšie aktívne oblasti poskytujú nižšiu kapacitu a potenciálne rýchlejšiu odozvu, ale vyžadujú presnejšie optické zarovnanie. Optimálna aktívna oblasť závisí od veľkosti lúča, spôsobu spojenia, optickej sily a požiadaviek na šírku pásma.

1.5.Rozsah spektrálnej odozvy

Rozsah spektrálnej odozvy definuje vlnové dĺžky, v ktorých fotodióda poskytuje užitočnú fotoreakciu. Limit pre krátke vlnové dĺžky je ovplyvnený absorpciou a prenosom v štruktúre zariadenia, zatiaľ čo limit pre dlhé vlnové dĺžky je primárne určený polovodičovým pásmom. Štandardné fotodiódy InGaAs bežne poskytujú odozvu od približne 900 nm do 1700 nm, v závislosti od štruktúry zariadenia a zloženia materiálu. Varianty InGaAs s predĺženou vlnovou dĺžkou môžu predĺžiť odozvu na približne 2,6 µm alebo viac pre aplikácie s predĺženým SWIR a spektroskopiou.

1.6.Linearita

Linearita fotodiódy sa týka proporcionálneho vzťahu medzi dopadajúcim optickým výkonom a výstupným fotoprúdom. Dobrá linearita je dôležitá pre optické merače výkonu, optické monitorovanie a kvantitatívne meracie aplikácie. PIN fotodiódy môžu poskytovať vysoko lineárnu odozvu v širokom rozsahu optického výkonu, keď sú prevádzkované v rámci ich špecifikovaných podmienok. Pri vysokom optickom výkone môže byť linearita obmedzená sériovým odporom, poklesom napätia, saturáciou, efektmi priestorového náboja a čítacím obvodom. Pri nízkom optickom výkone je presnosť merania čoraz viac ovplyvňovaná tmavým prúdom a celkovou úrovňou šumu detektora.

2. Typické aplikácie

2.1.Meranie a monitorovanie optického výkonu

Fotodiódy sú široko používané v ručných a stolných optických meračoch výkonu, ako aj v zabudovaných moduloch na monitorovanie optického výkonu v komunikačných a testovacích zariadeniach. Na meranie optického výkonu sa bežne používajú InGaAs fotodiódy s vhodnými aktívnymi plochami, vysokou odozvou, nízkym tmavým prúdom a dobrou linearitou. Väčšie aktívne oblasti môžu poskytnúť väčšiu toleranciu voči zmenám polohy lúča a zarovnania, zatiaľ čo nízky tmavý prúd pomáha zlepšiť presnosť merania pri nízkych úrovniach optického výkonu.

2.2.Komunikačné prijímače z optických vlákien

V optických komunikačných prijímačoch fotodiódy konvertujú modulované optické signály na elektrické signály na následné spracovanie. PIN fotodiódy sú široko používané tam, kde sa vyžaduje vysoká rýchlosť, linearita a primeraná citlivosť, zatiaľ čo APD poskytujú interný zisk pre aplikácie vyžadujúce vyššiu citlivosť prijímača. Voľba medzi PIN a APD závisí od rozpočtu spojenia, rýchlosti prenosu dát, architektúry prijímača a nákladových požiadaviek.

2.3.Snímanie optických vlákien

Distribuované optické snímacie systémy, vrátane distribuovaného snímania teploty (DTS), distribuovaného akustického snímania (DAS) a Brillouinovej optickej časovej domény (BOTDA), používajú fotodetektory na meranie spätne rozptýlených alebo odrazených optických signálov zo snímacieho vlákna. Fotodiódy InGaAs sa bežne používajú pre systémy pracujúce v oblasti 1550 nm, pričom citlivosť, šum a šírka pásma sa vyberajú podľa špecifickej techniky snímania a architektúry systému.

2.4.Monitorovanie a riadenie výkonu lasera

Fotodiódy sú široko používané na monitorovanie výstupného výkonu lasera v reálnom čase a riadenie spätnej väzby. Mnoho motýľových a TO-CAN laserových balíkov môže integrovať monitorovú fotodiódu na vzorkovanie časti laserového výstupu, čo umožňuje automatické riadenie výkonu (APC). Externé fotodiódy sa tiež používajú na testovanie L-I-V, monitorovanie optického výkonu, charakterizáciu skenovania vlnovou dĺžkou a ďalšie aplikácie laserového merania. Fotodiódy InGaAs sú vhodné na monitorovanie telekomunikačných a snímacích laserov pracujúcich v rámci ich spektrálneho rozsahu odozvy.

2.5.Blízka infračervená spektroskopia a analytické prístroje

Systémy NIR spektroskopie používajú fotodiódy na detekciu svetla prechádzajúceho cez vzorky alebo odrazeného od vzoriek na analýzu chemického zloženia, obsahu vlhkosti a vlastností materiálu. Fotodiódy InGaAs s odozvou až 1700 nm pokrývajú dôležité vlastnosti absorpcie NIR vody, uhľovodíkov a iných organických zlúčenín. Nízky šum a dobre charakterizovaná spektrálna odozva sú dôležité pre presné kvantitatívne merania.

2.6.Priemyselné a environmentálne snímanie

Fotodiódy InGaAs možno použiť v optických snímacích systémoch pracujúcich v blízkom infračervenom rozsahu, vrátane detekcie plynov NIR TDLAS, optického snímania polohy a iných priemyselných meracích aplikácií. V systémoch TDLAS fotodióda deteguje laserové svetlo prenášané cez plynovú bunku, zatiaľ čo zmeny optickej intenzity na cieľovej absorpčnej vlnovej dĺžke sa analyzujú na určenie koncentrácie plynu. Odozva vlnovej dĺžky detektora, výkon šumu a dynamický rozsah by sa mali vyberať podľa špecifickej architektúry snímania.