مقارنة بين أفالانشي فوتوديوديس و بين فوتوديوديس في تصميم جهاز الاستلام الضوئي

حالات الاستخدام النموذجي

وتهيمن أجهزة التصوير الضوئي PIN على التطبيقات التي تكون فيها الطاقة البصرية المتلقاة عالية نسبياً، عادة ما تتجاوز 20 رطلاً، وحيث يكون النطاق الترددي المرتفع هو الشرط الأساسي، فهي الخيار الموحد لربط مراكز البيانات، والوصلات البصرية القصيرة النطاق، ونظم الألياف إلى البيت، ومعدات الاختبار العالية السرعة، ونسبة الإنتاج المنخفضة التكلفة، والموثوقية المتاحة.

The Avalanche Photodiode: Structure and Operating Principles

The Avalanche Gain Mechanism

(أ) إذا كان المقياس الضوئي للكميات الفائقة يُبنى على هيكل PIN ولكنه يضيف سمة حاسمة: منطقة عالية التكرار في الحقول، وقد صُمِّم الجهاز بحيث يُدخل الناقلات المستخرجة من الصور، التي عادة ما تكون إلكترونات، منطقة يرتفع فيها حجم الكهرباء بدرجة كبيرة، ويتجاوز فيها في كثير من الأحيان 300 كيلوفولت/سم.

مقايضة الأداء

ويأتي كسب عدد محدود من البيوتادايين السداسيين بتكلفة، إذ أن عملية الازدهار في الأنفلام تكون في جوهرها مزعجة لأن الازدواج هو عملية إحصائية، ويتوقف عامل الضوضاء الزائد الذي يميز الفرق في الكسب على نحو أكبر على نسبة معامل التأجير في الإلكترونات والثقوب.

حالات الاستخدام النموذجي

"الـ "دي بي دي" هي الخيار المفضل عندما تكون الطاقة البصرية منخفضة عادةً تحت الـ28 دي بيم و الحساسية هي الشاغل الرئيسي

مقارنات بين الرئيس والرئيس: APD ضد PIN

معدل الوعي والإشارة إلى الأرقام

أكثر العوامل اختلافاً بين أجهزة الـ (دي دي) و(بي إن) التصويرية هي حساسية، الحساسية هي الحد الأدنى من الطاقة البصرية اللازمة لتحقيق معدل محدد من الـ (بي إيه)

Bandwidth and Response Speed

ويعرض نظام المعلومات الجغرافية عموماً على نطاق أوسع من أقراص الدمج الرقمية ذات الصبغة المتوسطة، كما أن وقت العبور عبر طبقة الصلصة في جهاز PIN سريع، ويمكن التقليل إلى أدنى حد من وقت الرسوب مع التغليف الدقيق، كما أن أجهزة PIN التجارية التي تتجاوز نطاقات التردد 60 جيهرتز متاحة لتطبيقات مثل 400 غيبوبة/زب/عصابة متماسكة، و800 Gb/s.

Bias Voltage and Circuit Complexity

ويستخدم جهاز التصوير الضوئي للشبكة في شكل مجموعة تحيز من 5 إلى 20 خامسا، يمكن أن يولدها محول بسيط من حيث القوة منخفضة من DC-DC أو حتى يتم توفيره مباشرة من سكة حديدية موجودة، ودائرة استقبال السيارات متصلة بمؤشر تأثير متعدد الأطراف، ويعوض الناتج عن وجود تحيز ثابت في تصميم نظام درجة الحرارة بعد التحلل ومعدل في دائرة اتخاذ القرار.

إعالة مؤقتة

وتظهر أجهزة الاستديوان الضوئي في الشبكة درجة حرارة أدنى، إذ أن التغيرات في استجابتها تبلغ نحو 0.1 في المائة لكل درجة مئوية، وتضاعفات حالتها المظلمة تقريباً كل 10 درجات مئوية، ولكن هذه التباينات صغيرة بما يكفي لعدم وجود تعويض في معظم التطبيقات، كما أن الحساسية لدى أجهزة تحديد درجات الحرارة أكثر بكثير، وأن معامل التأيين وفولط مع درجة الحرارة، مما يؤدي إلى حدوث تغير بنسبة تتراوح بين 2 في المائة و5 في المائة في كل درجة مئوية عند درجة مئوية.

الاعتبارات المتعلقة بالتكاليف والمنظومة

إن أجهزة الاستلام الضوئية ذات المستوى العالي يمكن أن تكون بسيطة للتصنيع، وتحصل على غلات عالية، وتتوفر من موردين متعددين بتكلفة منخفضة، ونموذج نموذج نموذجي لجهاز الاستلام الخاص بعشرة جي بي بي بي أو بزات، وقليل من الدولارات في الحجم، وأجهزة التصوير المزودة بمقياس للأشعة الليدي أكثر تعقيداً من البرمجيات المشابهة المضغوطة

معايير اختيار المرشحين

الاتصالات البصرية الطويلة الأجل

وفي الانتقال البعيد المدى والغواصات، فإن كل علامات الهامش الوصلة، إذ أن الحساسية العالية للأجهزة المضادة للمركبات تتيح إطالة 80 كيلومترا إلى 120 كيلومترا دون تكدس وسيط، وفي النظم التي توجد فيها بالفعل أجهزة مضخة لل الألياف ذات الكبريت، يمكن أن تقلل من الكسب المطلوب من أجهزة الاستنشاق أو تسمح باستخدام أجهزة الكشف عن التركات المحلية.

وصلات مركز البيانات السريع

أما روابط مركز البيانات فهي قصيرة عادة، تتراوح بين بضعة أمتار وعشرة كيلومترات، وعادة ما تكون الطاقة البصرية المتلقاة عالية بما يكفي من حيث أن نظام البيانات الضوئية للشبكة يوفر قدرا كافيا من الحساسية، والتركيز على النطاق الترددي، وانخفاض التكلفة، وانخفاض استهلاك الطاقة، وقد يكون جهاز استقبال الشبكة يعمل بـ 25 غب/ز و 56 غب/زب هو المعيار، مع أن الاتجاه نحو 800 غب/ز و1.6 وصلات متداخلة بصرية باستخدام نظام PAM4.

LIDAR and Ranging Systems

نظام (لايدر) للمركبات المستقلة، الطائرات بدون طيار، والمسح يعتمد على كشف النبضات المزروعة من الضوء المنعكسة من الأجسام البعيدة،

Free-Space Optical Links

ويجب أن تتنافس نظم الاتصالات الحرة البصرية مع الامتصاص في الغلاف الجوي، والتشتّر، والاضطرابات، ولا يمكن أن تتذبذب الطاقة المتلقاة إلا بعشرين درناً أو أكثر، وكثيراً ما تكون مسافات الربط بين الأجهزة الفضائية المتاحة في جهاز الكشف، وتُفضَّل هذه الأجهزة كثيراً في هيئة تثبيت الاستقرار لأن الحساسية الإضافية تترجم مباشرة إلى نطاق أطول أو أعلى من ذلك في ظل ظروف حرارة الطقس.

التصوير الطبي الأحيائي والخفيض

وفي التصوير الطبي الأحيائي، والنسخة شبه الحمراء، وكشف الفلور، يمكن أن تكون المستويات الخفيفة منخفضة للغاية، وغالبا ما تكون على مستوى المحاسبة الضوئية، كما أن أقراص البيليكون التي تعمل على الموجات التي تقل عن 000 1 نانو متر توفر كفاءة كمية عالية وضوضاء منخفضة، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات مثل قياس التدفق، والتطبيقات المصغرة للشبكة، والتصوير الضوئي.

اعتبارات التصميم العملي

Receiver Front-End Design

"الجهاز الضوئي" هو عنصر واحد فقط من جهاز الاستقبال البصري "الجهاز التناسلي" "وبعد المُحَدّم" "ودائرة استعادة الساعات" "تُسهم في الأداء العام" "و"الضوضاء الاصطناعي" "يُسيطر على الحساسية" "لذا اختيار "تيو" ذات الازدحام الحاد" "وصول عالي التبسيط"

تحليل الميزانية

- ميزانية الضوضاء الصارمة هي الضوضاء التي تُطلق من الفوتوغرافية، والضوضاء الحالية المظلمة، والضوضاء الزائدة من عملية السحب الفالاني، والضوضاء الحرارية من مرحلة التصادم، والضوضاء التصاعدية، والضوضاء الحرارية، والضوضاء التصاعدية، والضوضاء التصاعدية، والضوضاء المتكررة،

التكامل مع معهد العلوم والتكنولوجيا ومراحل ما بعد المبلِّغ

ويلعب التغليف بالصور دوراً في أداء أجهزة الاستلام، وكثيراً ما تدمج أجهزة الاستديوان الضوئي مباشرة مع معهد العلوم والتكنولوجيا في نموذج مشترك للتقليل من القدرة على التأجير والتحف، وتحتاج وحدات التحيز في مجال الحراسة، التي تضم فولتات متحيزة أعلى، إلى عزل دقيق بين خطوط التحيز العالية الحركة والمدخلات الحساسة في مجال تقييم الأثر المتميز، وفي الممارسة العملية، فإن وحدات قياس درجة الحرارة في مجال التفريق

الاتجاهات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

وتضيق الفجوة التاريخية بين أداء نظام تحديد المواقع وأجهزة تحديد المواقع في بعض المناطق، وتتسع في مناطق أخرى، وقد مكّنت الصور الملتقطة من شبكة المعلومات الجغرافية (Silicond) التي تتجاوز فيها الترددات القصوى 100 جيهرتز، مما يجعلها المكتشف المفضل للجيل القادم من أجهزة مرسلة بصرية متماسكة، وفي الوقت نفسه، تستخدم التصميمات الجديدة للأجهزة الاستيعابية للأثر، مثل التقاط الضوئية المستقلة، والتدرج، والشحن، والتكليف، والتكسيدات المتعددة

وينبغي للمهندسين أن يرصدوا تطور كلتا التقنيتين، حيث أن مظروف الأداء ما زال يتوسع، ولكن بالنسبة لمعظم تصميمات النظام العملي، يظل الاختيار بين قرص فيديو رقمي للنسخة الرقمية وجهاز التصوير الضوئي للشبكة محكومة بالمبدأ البسيط: استخدام جهاز PIN عندما يكون لديك الضوء الكافي، واستخدام قرص حاسوبي مختص عند عدم وجوده، ويستلزم القرار توازنا دقيقا في الحساسية، والزوارق، واستقرار درجة الحرارة، والتعقيدة، والخيارات الهندسية.

For further reading, the following resources provide deep technical detail: the Optica Publishing Group] offers peer-reviewed articles on photodiode design and characterization; the ]IEE Xplore digital library contains papers on advanced APD and PIN receiver