1. Клучни параметри за изведба

1.1.Одговорност (R)

Одговорноста е соодносот на генерирана фотоструја до упадната оптичка моќност, изразена во A/W. Тоа зависи од брановата должина, својствата на материјалот, квантната ефикасност и структурата на уредот. Фотодиодите InGaAs обично обезбедуваат висока одзивност во телекомуникациските опсези од 1310nm и 1550nm, иако точната вредност варира во зависност од дизајнот на уредот и условите за работа. Поголемата одговорност произведува повеќе фотоструја за даден оптички влез, што може да ја подобри чувствителноста на откривање кога другите извори на бучава остануваат споредливи.

1.2.Темна струја (ID)

Темната струја е струјата на истекување што тече низ фотодиодата во отсуство на упадна светлина. Може да произлезе од неколку механизми, вклучувајќи термичка генерација-рекомбинација, дифузија на носач, површинско истекување и дефекти на уредот. Темната струја генерално се зголемува со обратна пристрасност и температура и придонесува за подот на бучавата на детекторот. Ниската темна струја е особено важна за откривање при слаба осветленост и прецизно мерење на оптичката моќност.

1.3.Капацитет на спој (Cj) и пропусен опсег

Капацитетот на спојот е капацитет поврзан со спојот на фотодиодите. Заедно со отпорот на оптоварување, може да формира нископропусен одговор на RC што го ограничува пропусниот опсег на детекторот. Пониската капацитивност на раскрсницата генерално овозможува поголема пропусност, додека капацитетот на спојот обично се намалува со зголемување на обратната пристрасност и се зголемува со активната област.

Кога RC одговорот е доминантно ограничување на пропусниот опсег, приближната пропусност од 3dB може да се процени како:

f3dB ≈ 1 / (2π × RL × Cj)

Вистинскиот пропусен опсег на фотодиодата зависи и од времето на транзит на носачот, серискиот отпор, паразитите на пакетот и колото за читање. Помалите активни области и соодветната обратна пристрасност може да помогнат да се постигне поголем пропусен опсег, но оптималниот дизајн зависи од структурата на детекторот и барањата за примена.

1.4.Дијаметар на активна област

Активната област е фотосензитивна област на фотодиодата, типично специфицирана со неговиот дијаметар. Поголемите активни области можат да примат поголеми оптички зраци и да обезбедат поголема толеранција на усогласување за слободниот простор или дивергентните зраци, но генерално имаат поголема капацитивност на спојување и помала пропусност. Помалите активни области обезбедуваат помал капацитет и потенцијално побрз одговор, но бараат попрецизно оптичко усогласување. Оптималната активна област зависи од големината на зракот, методот на спојување, оптичката моќност и барањата за пропусниот опсег.

1.5.Опсег на спектрален одговор

Опсегот на спектрален одговор ги дефинира брановите должини преку кои фотодиодата обезбедува корисен фотоодговор. Границата на кратката бранова должина е под влијание на апсорпцијата и преносот во структурата на уредот, додека прекинот на долгата бранова должина првенствено е одреден од полупроводничкиот пропуст. Стандардните фотодиоди InGaAs најчесто обезбедуваат одговор од приближно 900 nm до 1700 nm, во зависност од структурата на уредот и составот на материјалот. Варијантите на InGaAs со продолжена бранова должина може да го прошират одговорот до приближно 2,6 µm или повеќе за апликации со продолжен SWIR и спектроскопија.

1.6.Линеарност

Линеарноста на фотодиодата се однесува на пропорционална врска помеѓу упадната оптичка моќност и излезната фотоструја. Добрата линеарност е важна за броилата за оптичка моќност, оптичкиот мониторинг и апликациите за квантитативно мерење. ПИН фотодиодите можат да обезбедат високо линеарен одговор во широк опсег на оптичка моќност кога работат во нивните наведени услови. При висока оптичка моќност, линеарноста може да се ограничи со сериски отпор, пад на напон, сатурација, ефекти на простор-полнење и коло за читање. При ниска оптичка моќност, точноста на мерењето е сè повеќе под влијание на темната струја и севкупниот под на бучавата на детекторот.

2. Типични апликации

2.1.Мерење и мониторинг на оптичка моќност

Фотодиодите се широко користени во рачни броила за оптичка моќност и на клупата, како и вградени модули за следење на оптичката моќност во опремата за комуникација и тестирање. За мерење на оптичката моќност вообичаено се користат фотодиоди InGaAs со соодветни активни области, висока одзивност, мала темна струја и добра линеарност. Поголемите активни области можат да обезбедат поголема толеранција на варијациите на положбата на зракот и усогласувањето, додека ниската темна струја помага да се подобри точноста на мерењето при ниски нивоа на оптичка моќност.

2.2.Приемници за комуникација со оптички влакна

Во оптичките комуникациски приемници, фотодиодите ги претвораат модулираните оптички сигнали во електрични сигнали за последователна обработка. ПИН фотодиодите се широко користени каде што се бара голема брзина, линеарност и соодветна чувствителност, додека APD обезбедува внатрешна добивка за апликации кои бараат поголема чувствителност на приемникот. Изборот помеѓу PIN и APD зависи од буџетот на врската, стапката на податоци, архитектурата на приемникот и барањата за трошоци.

2.3.Сензор со оптички влакна

Дистрибуираните системи за сензори со оптички влакна, вклучувајќи дистрибуирано сензор за температура (DTS), дистрибуирано акустично сензор (DAS) и анализа на оптички временски домен на Brillouin (BOTDA), користат фотодетектори за мерење на назад расеаните или рефлектираните оптички сигнали од чувствителното влакно. Фотодиодите InGaAs вообичаено се користат за системи кои работат околу регионот од 1550 nm, со одговорност, шум и пропусен опсег избрани според специфичната техника на сензори и архитектура на системот.

2.4.Ласерски мониторинг и контрола на моќноста

Фотодиодите се широко користени за следење на излезната моќност на ласерот во реално време и контрола на повратни информации. Многу ласерски пакети со пеперутка и TO-CAN можат да интегрираат фотодиода на монитор за да се земе дел од ласерскиот излез, овозможувајќи автоматска контрола на моќноста (APC). Надворешните фотодиоди се користат и за L-I-V тестирање, следење на оптичката моќност, карактеризација на скенирање на бранова должина и други апликации за ласерско мерење. Фотодиодите InGaAs се добро прилагодени за следење на телекомуникациите и сензорните ласери кои работат во опсегот на нивниот спектрален одговор.

2.5.Блиска инфрацрвена спектроскопија и аналитичка инструментација

Системите за спектроскопија NIR користат фотодиоди за откривање на светлината што се пренесува или рефлектира од примероците за анализа на хемискиот состав, содржината на влага и својствата на материјалот. Фотодиодите на InGaAs со одзив до 1700 nm покриваат важни карактеристики на апсорпција на NIR на вода, јаглеводороди и други органски соединенија. Нискиот шум и добро карактеризираната спектрална одзивност се важни за точни квантитативни мерења.

2.6.Индустриско и еколошки сензор

Фотодиодите InGaAs може да се користат во оптички системи за сензори кои работат во опсегот на блиско инфрацрвено, вклучително и NIR TDLAS откривање гас, оптичко сензор за положба и други индустриски апликации за мерење. Во системите TDLAS, фотодиодата детектира ласерска светлина што се пренесува преку гасна ќелија, додека промените во оптичкиот интензитет на целната апсорпциона бранова должина се анализираат за да се одреди концентрацијата на гасот. Одговорот на брановата должина на детекторот, перформансите на бучавата и динамичкиот опсег треба да се изберат според специфичната архитектура на сензори.