كيف تختار الحق الصورة الخاصة بجهاز استقبال خاص التطبيقات

مقدمة إلى اختيار الصور للمستقبل البصري

ويتخذ اختيار جهاز التصوير المناسب قرارا حاسما في تصميم نظم الاستلام البصرية، ويؤثر مباشرة على الحساسية، وربط النطاق الترددي، والأداء العام للنظام، ويستخدم المتلقين الضوئيون في تطبيقات متنوعة تتراوح بين الاتصالات الألياف الضوئية، و " ليدار " إلى التشخيص الطبي والرصد البيئي، ويفرض كل طلب قيودا فريدة على الموجات، وقوام الإشارة، وسرعة الاستجابة، والتسامح إزاء الضوضاء الضوئية.

من الضروري فهم الفيزياء الأساسية للأجهزة الضوئية بشكل خاص كيف تحول الصور إلى تيارات كهربائية

العوامل الرئيسية في اختيار الصور

الحساسية المفاجئة والاستجابة السريعة

"الإستجابة الضوئية" "يجب أن تكون متوافقة مع "اللوحة المُستخدمة في التطبيق "الجهاز الضوئي للسيليكون يعمل بكفاءة في المدى القريب من الأشعة تحت الحمراء " "وهذا يُظهر على نحو أعلى من الأشعة "400-100"

الاستجابة والكفاءة الكمية

إن الاستجابة، التي تقاس بالامبيرات لكل واط، تُعد كمية تحويلات القلب الضوئي إلى صورة سريعة، وتُحسّن الاستجابة العالية درجة الحساسية، لا سيما في ظروف منخفضة الإضاءة، وتكون الاستجابة وظيفة ذات تأثير موجي، وترتبط ارتباطاً وثيقاً بكفاءة الكم المادي، حيث تُنتج الصور الفوتوغرافية لكل حادث.

Bandwidth and Response Speed

"لإرسال البيانات السريع" "مثلاً في "غيبيت إيثيرنيت أو نظم الألياف المتسقة" "و"اللوروديدز" و"الزوايا"

التيار المظلم والمرتفع

التيار المظلم الذي يتدفق حتى في غياب الضوء هو مصدر ضوضاء أولي في أجهزة الاستقبال البصرية، في الوقت الحاضر يحسن معدل الإشارة إلى الضوضاء للكشف عن الخفيضات، والزيادات الحالية للضوء ترتفع بسرعة مع درجة الحرارة، وترتفع في أجهزة الصوديوم والجهاز المضغوط بالقنابل المغناطيسية، وذلك بالنسبة للطلبات التي تتطلب كشف إشارات الفلورية المظلمة

المنطقة النشطة والقدرة

منطقة كبيرة من الألوان، و التي تُصبح أكثر قدرة بصرية، و التي تعود بالنفع على أنظمة الفضاء الحر أو عندما تكون المواءمة صعبة،

خطية وزجاج الديناميكية

فالتناسب المستمر بين القوة البصرية للحادث والصور الفوكرنتية أمر حاسم في نظم تعديل اللغات وأدوات القياس، وعادة ما تظهر أجهزة التصوير الضوئي للشبكة خطاً ممتازاً على مدى عدة عقود من الطاقة البصرية، بينما يمكن للأجهزة الإرسالية أن تظهر مدى شبعاً عالياً في مستويات الطاقة بسبب آثار ضوئية، ويحدّد النطاق الدينامي للمستقبل مزيج من الضوضاء الضوئية، والصور المظلمة، والملابس الداخلية، والسعة.

أنواع أجهزة الاستلام الضوئية

PIN Photodiodes: The Workhorse for High-Speed Communication

وأجهزة التصوير الضوئي ذات الطابع العالي )النظام الأساسي - الوطني( هي أكثر أنواعها شيوعا في نظم الاتصالات البصرية، وتشمل هيكلها طبقة سميكة من المواد الكيميائية بين المناطق من النوع الأول والمناطق غير المتجانسة، مما يقلل من القدرة على التقاطع ويزيد من الاستنزاف، ويتيح هذا التصميم سرعة مرور الناقلات، ويتيح للواضع الكشف عن المئات من الصور المخففة للأشعة دون الحمراء.

Avalanche Photodiodes (APDs): Sensitivity through Internal Gain

وتمارس أجهزة التكييف في شكل تحيزات معكوسة (50-200 خامسا) لإنشاء منطقة ذات حقل كهربائي مرتفع تُحدث أثراً في التأيين، وتُنتج مكاسب داخلية (معامل التكاثر من 10 إلى أكثر من 1000) وتُمثل هذه الزيادة في المصانع الملتقطة بالصور، مما يجعل مصانع التليف المُحدِّد أعلى درجة من مستويات الإضاءة، مثل نظم الألياف الطويلة، والضائق الفوقية المُضوءة، ومع ذلك أيضاً

Silicon Photodiodes: Cost-Effective Light Sensing

وفي أجهزة التصوير التابعة للشركة الوطنية للسيليكون هي أكثر أنواع الكشف المرئية والشبه بالأشعة تحت الحمراء إلى حوالي 100 نانو متر، وهي متاحة في العديد من الطرود - من أجهزة الأشعة السينية الصغيرة إلى أجهزة الكشف عن المناطق الكبيرة - وهي غير مكلفة بسبب المعالجة الناقصة للسيليكون، وتعاني أجهزة الاستديو الضوئي المنخفضة (المصابيح أو أقل درجة حرارة للكشف) وأجهزة الأشعة الضوئية الجيدة المستخدمة في الطيف الظاهر.

InGaAs Photodiodes: High Performance for Infrared

وتحتاج أجهزة التصوير التابعة لللغات إلى أجهزة التصوير التابعة لللغتين الإندييومية إلى معيار للتطبيقات في المنطقة القريبة من الحمراء (900-1700 نانوم) وهي توفر قدرة عالية على الاستجابة، وتيارا مظلما منخفضا (ملامح أجهزة المناطق الصغيرة)، وسرعتها العالية، مما يجعلها أساسية للاتصالات السلكية واللاسلكية الفيليبية، والتصوير المضار، والتصوير الضوئي للأشعة الحرارية (26).

شوتكي وميتال - إيميليكوهاتور -ميتال

وبالنسبة للتطبيقات العالية السرعة أو التي تتجاوزها الحدود، فإن أجهزة التصوير الضوئي الشوتاكي والأجهزة التصويرية التابعة لوزارة الصحة العامة توفر مزايا فريدة، وتستخدم أجهزة التصوير الضوئي ذات التردد العالي في الموصلات المعدنية ذات التردد العالي، وتستغرق فترات الاستجابة السريعة جدا، حيث تتجاوز الترددات المتوسطة 100 جيهرتز في بعض التصميمات، وتستخدم في أجهزة البحث والوصلات الصوتية ذات الترددات العالية.

الاعتبارات المتعلقة بالتطبيقات والتطبيقات

متلقي الاتصالات البصرية

في نظام الاتصالات الألياف الضوئية، يجب أن يطابق جهاز التصوير النباتي المنخفض من الألياف ذات الصبغة الواحدة (1310 نانوتر أو 1550 نانو متر)

LIDAR and Time-of-Flight Sensors

(النظام النادى للصوت) يحتاج إلى أجهزة تصوير ذات قدرة على كشف النبضات الضعيفة والسريعة من الضوء الليزري المكشوف، وأجهزة الاصدار ذات تأثير داخلي، مما يضاعف إشارة العودة فوق الضوضاء المضخمة، وأجهزة الاستديو ذات الترددات العالية، و550 درجة حرارة واحدة، و5 درجات حرارة مثبتة من أجهزة قياس مثبتة في نمط جيجر

الاستشعار الطبي والحشري

في الأجهزة الطبية مثل مقاييس النبض وأجهزة رصد غلوبوز الدم يجب أن تعمل أجهزة التصوير الضوئي على موجات الامتصاص الخاصة بالأنسجة البيولوجية، وأجهزة التصوير الضوئي للسيليكون شائعة في أجهزة التلقيم الحمراء والأشعة تحت الحمراء المستخدمة في أجهزة قياس الأوكسجين، وأجهزة الاختراق الفلورية، وأجهزة قياس الأشعة المسطحة العالية الحساسية في مجموعة صورية واسعة النطاق

الرصد البيئي والصناعي

وتستخدم أجهزة الاستشعار الغازية وأجهزة الكشف عن الدخان وأجهزة رصد نوعية المياه أجهزة الاستديو للكشف عن الامتصاص أو الارتطام في خطوط موجية معينة، وعلى سبيل المثال، تستخدم أجهزة كشف ثاني أكسيد الكربون مصدراً للأشعة المقطعية (IR) وجهازاً للتصوير الضوئي (AsSb) أو PbSe تعمل بالقرب من 4.3 ميكروغرام.

حرف الأداء وتكامل الاستلام

Bandwidth vs. Sensitivity

إنّه مُبادلات أساسية بين عرض الشعارات و الحساسية، فإرتفاع التردد يتطلب إكساباً صغيراً، مما يعني أنّ المنطقة الصغيرة تُقلّل من الضوضاء، وتُقلل من الحساسية، و لتصميم جهاز الإستقبال، يمكن للمهندسين أن يعوضوا عن ذلك باستخدام جهاز تليف عالي الترددات، لكنّ هذا يزيد من استهلاك الطاقة.

(دارك تيار) ضد درجة الحرارة

ويضاعف عدد المصابين بالمرض في الوقت الحاضر كل 10 إلى 12 درجة مئوية من أجل أجهزة التصوير الضوئي السيليكونية وكل 6 إلى 8 درجات مئوية من أجل الأنغاوات والألمانيوم، وفي النظم التي تعمل على نطاقات حرارة واسعة، مثل أجهزة الاستشعار ذات التردد الليدي الليدي أو أجهزة الاستشعار الخارجية، يمكن للأجهزة المظلمة أن تهيمن على الضوضاء عند درجات الحرارة العالية.

التكافل والتغليف البديلان

إن طريقة ربط الضوء بالألوان الضوئية تؤثر تأثيراً كبيراً على الأداء بالنسبة للمستقبلين الألياف الضوئية، والأدوية الضوئية المثبتة بالصوت أو الألياف المثبتة مباشرة، هي طريقة شائعة، ويمكن أن تستخدم التطبيقات الفضائية الحرة عدسة للتركيز على المنطقة النشطة، وغالباً ما تُرفع مجموعة الصور - الملتقطة بالأشعة - أو الاصطناعية أو الاصطناعية -

خاتمة

اختيار جهاز التصوير المناسب للمستقبل البصري يتطلب تقييماً منهجياً للتطورات المفاجئة، والسرعة، والضوضاء، والقيود المادية، وتبدأ مصفوفة القرار بمتطلبات التصفيق ذات الطابع الشائع، وتستمر في تحديد مستويات القدرة على الإشارة، ومطالب الترددات، ثم تنظر في العوامل البيئية مثل درجة الحرارة والتغليف، وتعطيل الصور الضوئية المثبتة خياراً متوازناً لمعظم المهام المتعلقة بالصور والاستشعارات العالية السرعة