مقدمة إلى أجهزة الاستقبال البصرية

وتعتمد نظم الاتصالات البصرية على أجهزة التصوير الضوئي لتحويل الإشارات الخفيفة إلى تيارات كهربائية، وصنفا مهيمنين للأجهزة التصويرية هي أجهزة التصوير الضوئي PIN وأجهزة التصوير الفلكي الفالاني، وتقارن هذه المادة هياكلها وتشغيلها وأدائها للمساعدة على اختيار جهاز الكشف المناسب لمختلف التطبيقات، وفهم هذه المكونات ضروري لتصميم أجهزة استقبال بصرية فعالة في الاتصالات السلكية واللاسلكية والاستشعار وما بعده.

PIN Photodiodes

الهيكل والعمل

وتتكون هذه النظم من هيكل مطبق على نطاق واسع يتألف من منطقة من النوع المكسور، وطبقة شبه موصلية (غير معبّدة)، ومنطقة ذات طابع غير مكتمل، وتتسع طبقة الاصطناعي إلى منطقة النضوب، وتسمح بالاستيعاب الضوئي الفعال، وعندما تولد الصور التي تحتوي على طاقة أكبر من الحد الأدنى من الوصلات، فإنها تولد أزواجا مثالية من الكولونات.

أهم الممتلكات

  • High speed]: Bandwidths exceeding 40 GHz due to short carrier transit times in the intrinsic region.
  • Low noise]: No multiplication noise; only shot and thermal noise contribute, enabling high signal-to-noise ratios.
  • Low bias]:تطلب قدراً أدنى من التطاير، وتبسيط تصميم إمدادات الطاقة، والحد من استهلاك الطاقة.
  • Materials]: Silicon for visible wavelengths (400-1100 nm) and indium gallium arsenide (InGaAs) for near-infrared (900-1700 nm) used in fiber optics. For more details, see the ]PIN dio Wikipedia

Avalanche Photodiodes

الهيكل والتعدي

كما أن هذه المبيدات تتضمن هيكلاً عالياً، ولكن يشمل منطقة عالية الحقول حيث يصف التأقلم بالأثر صورة ملتقطة، وعندما تولد صورة فوتوغرافية زوجاً من الكولونات الكهربائية الأولية، تتسارع الناقلات في مجال الكهرباء، وتكسب طاقة كافية لتأيين ذرات أخرى، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى حدوث تأثيرات مضاعفة في التأثيرات الفوقية، ويتوقف عامل الكسب عادة على ما يتراوح بين 10 و 100.

مقايضة الضوضاء والثغرات

The excess noise factor, characterized by the k-value (ratio of ionization coefficients for electrons and holes), determines the noise performance. Lower k-values result in less noise, and materials like InAlAs and SiGe are optimized to achieve this. Despite the noise, APDs can detect weak optical signals that would be indistinguishable from photo in a PINtarhade.

Comparative Analysis: PIN vs. APD

الحساسية والاستجابة

ويمكن أن تُحدَّد المسؤولية عن هذه البرمجيات من حيث الكفاءة الكمية، حيث تبلغ عادةً 0.5 إلى 1.0 من الألف من أجل الإنغافورات عند 1550 نانوغرام. وتُضاعف المسؤولية الفعلية للرابطة بمعامل الكسب، الذي يحتمل أن يتجاوز 100 ألف/تيراغرام، وهو الحد الأدنى من القدرة البصرية للكشف، حوالي 10 د.

باندويث وسبيد

وتقدم أجهزة التصوير التابعة للشبكة على العموم عروضاً أوسع نطاقاً لأن وقت النقل قصير ولا يوجد تأخير في التكاثر، إذ تتجاوز أجهزة PIN التجارية 40 غيغاهيرتز، وتدعم معدلات البيانات حتى 100 غيغاغرام وما بعده، وتعاني أقراص الإصدار من انخفاض في عدد الترددات بسبب الوقت اللازم لمسارات النقل المتعددة والمطولة، أي ما يتراوح عادة بين 1 و10 جيهرتز، رغم أن التصميمات المتقدمة يمكن أن تصل إلى 20 صورة من نوع GHz.

الأداء الضئيل

وتظهر أجهزة الاستديوان التابعة للشبكة ضوضاء أقل من حيث افتقارها إلى الضوضاء المتعددة، وتشمل مصادر الضوضاء الحاد الضجيج من الفوتوغرافية والضوضاء الحرارية من مقاوم الحمولة، وتزداد ضوضاء البيوتادايين البيرفلورية إلى جانب الإشارة، وتزيد عوامل الضوضاء الإجمالية، ويمكن أن تُحدَّد نسبة الإشارة إلى الأرقام إلى الأرقام باختيار المكسب المناسب وتقلبات التحيزية.

التقلب والتعقيد

ويعمل ديوان شبكة المعلومات السكانية في تحيز منخفض (5-20 خامسا) مع استهلاك ضئيل من الطاقة، وتبسيط تصميم إمدادات الطاقة، وتتطلب هذه الأجهزة تحيزا عاليا (50-200 خامسا) وتعويضا عن درجة الحرارة في كثير من الأحيان لتحقيق الاستقرار، وإضافة التعقيد والتكلفة، كما أن الوحدات المتكاملة التي تضم منظمين مدمجين متاحة ولكنها تزيد من حجم النظام العام وتفكك الطاقة، وبالنسبة للأجهزة التي تعمل بالبطارية أو بالارتباط، فإن أجهزة التصوير الضوئي PIN هي مفيدة.

تطبيقات نظم الاتصالات البصرية

وبالإضافة إلى ذلك، فإن أجهزة التصوير الضوئي التابعة للشبكة هي الخيار الموحد لوصلات الوصول القصيرة إلى المتوسط بميزانيات الرابط السخية، وهي تستخدم في 10 شبكة إثيرنيت (GBASE/LR/ER)، و40 Gbps، و100 نظام Gbps الذي يستخدم نماذج متوازية أو متعددة من الشُعب الموجية، وفي شبكات التداول بالليارات، تقدم أجهزة استقبال للشبكة اللاسلكية ذات الصلة بالأجهزة اللاسلكية الصغيرة حلولاً فعالة من حيث التكلفة.

نظم طويلة الأجل وحساسية عالية مع برامجيات متعددة الأبعاد

وتسمح برامجيات الدمج في نظم الاتصالات الطويلة المدى، بما في ذلك الكابلات المغمورة والشبكات الأساسية، حيث تخفف الطاقة البصرية بشدة، وتستخدم أيضا في نظم الاتصالات البصرية ذات النطاق الحر، ونظام " ليدار " (Light Detection and Ranging) للكشف عن الانعكاسات الضعيفة.

معايير الاختيار للتصميم الضوئي للمستقبل

وعند تصميم جهاز استقبال بصري، يقوم المهندسون بتقييم معدل البيانات، وربط الميزانية، والتسامح إزاء الضوضاء، والتكاليف، وبالنسبة للروابط العالية السرعة مع هوامش الطاقة الكافية، يقدم جهاز التصوير الضوئي التابع للشبكة بساطة وتدني التكلفة، وبالنسبة لتطبيقات التوازن ذات السرعة العالية، فإن أجهزة الوصل توفر المكسب اللازم، ويمكن أن تخفف من حدة الاحتياجات من الحساسية، مما قد يساعد على إيجاد حلول للشبكة الرقمية.

الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا مبيدات الآفات

وما زالت البحوث تحسن أداء نظام المعلومات التصميمية ونظام المعلومات المسبقة عن علم، أما بالنسبة لأقسام الشبكة، فتركز الجهود على زيادة عرض النطاق الترددي باستخدام مواد مثل الرسم البياني والحد من التيار المظلم، وتشمل الأهداف في وثائق البرامج القطرية خفض الضوضاء الزائدة مع الحفاظ على مكاسب كبيرة من خلال مواد مثل نظام سيغي، ونظام إن إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إيه إيه، و سي، و سي، و، و، ومركبات، و، و، و، و، و، ومركبات، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، ومركبات، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و، و،

خاتمة

إن أجهزة التصوير الضوئي والصور الفوتوغرافية الفالانية هي عناصر أساسية في أجهزة الاستقبال البصرية، حيث توفر كل من هذه الأجهزة مزايا متميزة، وتوفر أجهزة الاستديوان سرعة عالية، وضوضاء منخفضة، وساطة التطبيقات العالية الجودة وقابلية للنشر القصير، وتعطي أجهزة الإصدار درجة عالية من الحساسية بتكلفة ارتفاع الضوضاء والتعقيد بالنسبة للنظم القائمة على طول العمر والصور، ويتوقف الاختيار على متطلبات محددة مثل معدل البيانات، ويتطور في الميزانية.