Ancho de banda e capacidade de resposta do fotodetector

Ancho de banda e capacidade de resposta defotodetector
Ao elixirFotodetector de InGaAs, todo o mundo quere as mesmas especificacións: ancho de banda superior a 10 GHz e capacidade de resposta superior a 0,9 A/W. Despois de botarlle unha ollada ao manual de datos, decateime de que estes dous números nunca aparecen no mesmo dispositivo. A capacidade de resposta do ancho de banda alto é de só 0,5 A/W ou incluso inferior, e o ancho de banda de alta capacidade de resposta é de só uns centos de MHz. Este non é un problema técnico do fabricante: o ancho de banda e a capacidade de resposta son inherentemente contraditorios na física e non se poden ter as dúas cousas.
O ancho de banda e a responsividade son unha contradición física inherente, arraigada no parámetro crítico do grosor da capa de absorción. Aumentar o grosor da capa de absorción pode mellorar a eficiencia cuántica (mellorando así a responsividade), pero prolongará o tempo de tránsito dos portadores de carga (reducindo así o ancho de banda); viceversa. Polo tanto, no deseño dun fotodetector PIN estándar, os dous non se poden conseguir simultaneamente e débese chegar a un compromiso.
Plan de avance da industria:
O artigo presenta tres solucións tecnolóxicas de alta gama destinadas a superar esta contradición:
Detector de tipo guía de ondas (WGPD): desacopla a dirección de propagación da luz da dirección de deriva dos portadores de carga e pode acadar simultaneamente un ancho de banda elevado (>40 GHz) e unha alta responsividade (>0,9 A/W), pero o proceso é complexo e o custo é elevado.
Fotodetector de transporte de portadores unidireccional (UTC-PD): utiliza só electróns de alta velocidade para a deriva, eliminando a limitación do tempo de tránsito dos buratos de baixa velocidade, pode alcanzar un ancho de banda extremadamente alto (>100 GHz) e úsase habitualmente en comunicacións de alta velocidade e campos de terahercios.
Fotodetector mellorado por cavidade resonante (RCE): Ao utilizar unha cavidade resonante óptica para mellorar a absorción da luz dentro dunha fina capa de absorción, pode mellorar a eficiencia cuántica mantendo un ancho de banda elevado, pero o ancho de banda operativo (rango espectral) é moi estreito.
Suxestións para a selección de proxectos:
Aclarar a prioridade dos requisitos: en primeiro lugar, determinar o requisito mínimo de ancho de banda para o fotodetector en función do ancho de banda do sinal do sistema (cunha marxe de 3 veces) e, a continuación, seleccionar o modelo coa maior capacidade de resposta nesta condición.
Preste atención aos indicadores de nivel de sistema: Ao avaliar un fotodetector, débese prestar atención á potencia equivalente ao ruído (NEP) e á sensibilidade do sistema, non só á resposta, xa que unha alta resposta pode ir acompañada de ruído elevado.
ConsiderarFotodetector APDen escenarios de baixa potencia: cando a potencia da luz incidente é moi baixa (como <-30 dBm), pódese usar a ganancia interna do fotodiodo de avalancha (fotodetector APD) para compensar a falta de resposta, pero débese prestar atención ao seu exceso de ruído.
Escolla de WGPD con altos requisitos e alto orzamento: Cando o sistema require tanto un ancho de banda elevado (>20 GHz) como unha alta capacidade de resposta (>0,8 A/W), os detectores PIN estándar non poden cumprir os requisitos e deberían considerarse directamente os detectores de tipo guía de ondas (WGPD).
Conclusión:
A compensación da resposta do ancho de banda do estándarfotodetector PINé unha limitación física inherente. Para superala de verdade, é necesaria unha innovación na estrutura do dispositivo para desacoplar fisicamente a ruta de absorción de luz da ruta de tránsito do portador. As solucións de gama alta teñen un rendemento excelente pero custos elevados, polo que na práctica da enxeñaría aínda é necesario chegar a un compromiso entre escenarios de aplicación específicos, requisitos de rendemento e orzamentos.