מבוא

מערכות תקשורת אופטיות מודרניות דורשות מקלטים שיכולים לשחזר במדויק אותות מפולסים אופטיים חלשים מאוד.בלב של מקלטים בעלי רגישות גבוהה רבים הוא photodiode avalanche (APD), photodetector למחצה המוליכים למחצה המנצלים רווח פנימי לדגום תמונות עדכני לפני שהוא נתקל באלקטרוניקה חיצונית.מנגנון ההגברה הפנימי הזה מאפשר מקלטים מבוססי APD כדי להשיג רמות נמוכות יותר של כוח בהשוואה לבלוטות וירטואליות (Ficial) ו-Dematedsuals) שיפור מערכות הפעלה (p-D) ו-D.

עקרון ההפעלה של Avalanche Photodiodes

צילום ודור מוביל

כמו כל photodiode, APD ממיר תקרית photons לתוך אלקטרונים-hole זוגות באמצעות אפקט photoelectric באזור ספיגה למחצה מוליכים למחצה. כאשר תמונה עם אנרגיה גדולה יותר מאשר ה- bandgap נספג, זה מעורר אלקטרונים מהלהקה של valence ללהקה, משאיר מאחור חור.הנושא הראשי הזה אז סחף תחת השפעת שדה חשמלי מוחל על מגעים של המכשיר, הוא משמש תמונה רגילה, בעיקר עם חומר חשמלי רגיל, הוא זרם חשמלי.

תהליך הכפל של Avalanche

התכונה המגדירה של APD היא שהיא פועלת עם מתח הטיה הפוך הרבה יותר, יצירת שדה חשמלי מעל 105 V / ס"מ באזור רב-תכליתי במיוחד, תחת שדות אינטנסיביים כאלה, אלקטרונים ראשוניים (או חורים) לצבור מספיק אנרגיה קינטית בין התנגשות עם הליטקטיון הקריסטל כדי לגוון אלקטרונים מחוברים, יצירת זוגות אלקטרו-אטומיים משניים אלה הם עצמם מואצים ויכולים ליצור זוגות מטריים, המוביל ל-מטרדבנים ממטרדבנים ממטרדבנים, כגון: 10 גרם מרכזי של אלקטרו-Flic, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, 10 LTFalrative טמפרטורה גבוהה יותר, כלומר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000.

Key Parameters: Get, Breakdown Voltage, and Excess Noise

(ה) ממוצע (ה) [15] ,(ה) ,[דרוש מקור] ,[דרוש מקור]] ,[דרוש מקור]] ,[דרוש מקור]] ,[ה]]] ,[ה]]] ,[ה[[המאה ה-20], ו[[המאה]] היא בעלת השפעה של [[ה[[המאה]], ו[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924

חומרים של APD ו- Wavelength Ranges

PDS

סיליקון APDs הם אופטימיזציה עבור ספקטרום גלוי וקרוב ל- (400-1100 nm) הסיליקון מציע יחס אסימטרי מאוד בין אלקטרונים ו- ionization coefficients, אשר תוצאות בגורם רעש עודף נמוך. מכשירים אלה יכולים להשיג מוצרים מעופלים מעל 100 GHz והם משמשים נרחב במערכות אופטיות קצרות-reach, לייזרים, ורמות נמוכות של הדמיה של פחמן-אוויר, כמו גם עבור תהליכי הדמיה תעשייתית מתקדמת עבור ייצור של פחמן-אווירה.

InGaAs APDs

עבור משקפי גל תקשורת (1310 nm ו 1550 nm), indium Gallium arsenide (InGaAs) הוא החומר של בחירה.InGaAs APDs נועדו עם ספיגה נפרדת ורב-כפלה (SAM) המבנה כדי למנוע זרמי מנהרה מזיקים. a רזה InPplication מספק את האזור שדה גבוה, בעוד ה-InGaAs סופג תמונות באופן משמעותי.

חומרים אחרים

Germanium APDs שימשה היסטורית עבור 1.3 מיקרומטר זיהוי אבל כבר הושתלה בעיקר על ידי InGaAs בשל זרם כהה נמוך יותר. עבור אורכי גל ארוכים (2-5 מיקרומטר), כספית צוירוריד (MCT) APDs מפותחים עבור תקשורת אופטית חינם חלל אלחוטית ו- LIDAR. בטווח אולטרה סגול, סיליקון (SC) APDs לפתח ספירת חומרים נמוכה עבור זיהומים קלים, כולל מורכבות.

APD vs. PIN Photodiode: A Sרגישות השוואה

(ה) היתרון הבסיסי של APD על תזמון תמונה של PIN הוא ביכולתו להגביר את האות לפני שלב ההגברה הראשון במגרש עונש התזמון של המקלט (TIA) במקבל מבוסס PIN, את התשואה של ה- 3:301) גבוה יותר, כי ניתן להגדיל את הרגישות ה- LLT1=FLC (F) באופן יעיל יותר: ALT2=R)

תגית: Avalanche Photodiodes

נורה רעש ואפלה

כל תצוגת photodiodes נורה רעש בשל האופי של נושאת המטען.ב- APD, רעש הצילום מוכפל יחד עם האות.בנוסף, זרם כהה - זרם זרם בהיעדר אור -אריס מנושאות שנוצרו תרמיות ומנהרה. זרם כהה הוא גם מוגבר על ידי רווח אור ארנדצ'ה, מה שמחריף את ה-NR ברמות נמוכות.

המונחים: noise Factor

(ב) [17] , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אופטימיזציה של אותות ל- Noise Ratio

(ב) [17] , [17] , [17] , [17] , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אדריכלות APD מתקדמת

הסתברות נפרדת וכפל (SAM) APDs

בתחילת APDs, הקליטה ורב-הכפלה התרחשו באותו אזור, המוביל ביצועים רעש כהה וגרועים במערכות חומר שבו סוג אחד של נושא אחד אינו שולט בהון.מבנה SAM מציב שכבת ספיגה צר-band הסמוך לשכבת ריבוי רחב של פסגה, עם פרופיל רב-ממדי או מזיז של שדה חשמלי.

Resonant Cavity APDs

כדי לשפר את היעילות הקוונטית בשכבות ספיגה דקות, cavity APDs (RC-APDs) לשלב את photodiode בתוך חלליות פאברי-Pérot. the cavity resonates ב אורך הגל הרצוי, ומאפשר לשכבה הספוגה להיות רזה כמו 100m בעוד עדיין סופג כמעט את כל מקרי הצילום.

הג'יגר-מוייד APDs

כאשר מוטה מעל מתח השבר, APD פועל במצב גייגר: תמונה אחת גורמת לזייף עצמי של שימור עצמי, כי חייב להיות מותקן באופן פעיל. אלה חדודות יחיד-פוטוני יחיד (SPADs) להציג עלייה של 106-107, המאפשר זיהוי של photons בודדים. Geiger-de APDs הם חיוניים עבור הפצה קוונטית (K of-of-F), לאחר זמן קצרודה (R) הם סימנים מסחריים גלויים (R) לאחר מחזור חיים).

יישומים מרכזיים של Avalanche Photodiodes

Long-Haul סיבים אופטיים תקשורת

בחטיבת הגלים הדחוסה מספרxing (DWDM) מערכות המשתרעות על פני אלפי קילומטרים, אות זרז כוח אופטי ננווואט או פחות. APD-based המקלטים מספקים את הרגישות הנדרשת כדי לשמור על שיעורי שגיאה מעט מתחת 10-12 ללא צורך ב-Preamplification אופטית (מקלטים קוהרנטיים מודרניים משתמשים בעיבוד אותות דיגיטליים (DSP) לפיזור, אך ה-Fon-Acc-Ride נשאר רגיש ל-APTIN) ל-DKERDKEROST (לדוגמה, למשל, לדוגמה, PTIN) עבור קישורים רגישים ל-DDRIN-DDRIN-DDRIN-DDRIN-DDRIN-DDRIN-DLC (DLCDK) ו-DDRIN) עבור PTIN-DKERDDRIN-DKERDLC (DDRIN-DLC (DLC) ו-DLC (DDRIN-DDRIN-DLC (DLCDLCDLC) עבור עיבוד אותות דומים ל-DLCDLC (DK) עבור עיבוד אותות נוספים (DLC) עבור סימולציות (DDRIN-DDRIN-DK

LIDAR ו- 3D Sensing

מערכות רכב LIDAR דורשות זיהוי של אובייקטים מרוחקים בעוצמות אופטיות נמוכות כדי לאפשר נהיגה אוטונומית.סיליקון APD ערכות משמשים נרחב בזמן-of- Flight פלאש LIDAR, בעוד InGaAs APDs פרוסים בסריקה LID לטווח ארוך (200+ מטר) זיהוי.הרווח הפנימי הגבוה של APDs מאפשר הפעלה עם לייזרים דלת-אפ, צמצום חששות העין עבור CMIUM יכול גם כן להיות משקף את הפחתת עוצמת האבטחה של CM.

Quantum Cryptography ו- Single-Photon Detection

הפצת מפתח קוונטית מסתמכת על העברת תמונות בודדות על סיבים אופטיים כדי להקים מפתח הצפנה מאובטח. APDs שפועל במצב גייגר הם הגלאים המעשיים ביותר עבור QKD באורכי גל טלקום.למרות הצורך קירור וריצוף מעגלי, InGaAss להשיג זיהוי עתידי של ®KAD מעל 25% עם שיעור כהה מתחת ל- 1Hz ב-225 K Advances ב- Self-earing, שבו גלימותק-Jacking-D פתוח יותר מ-D מאפשר זיהוי נמוך מ-C.

רפואת שיניים ו- BioPhotonics

ב- photon-counting סורקים CT ו- positron פליטה טומוגרפיה (PET), APD מערכי יחד עם scintillators לאפשר מידע בזמן טיסה (TOF) שמשפר שחזור תמונה. Silicon photomultipliers (SiPMs) - צילומי של Geiger-mode APDs - הם כעת ubitous בדמיה רפואית בשל יעילות גבוהה שלהם, זיהוי דם, ואפקטים מגנטיים, כמו גם הם בעלי יכולת מחזורית, 000.

מסקנה

פוטודיודות Avalanche נשאר טכנולוגיה אבן הפינה לשיפור הרגישות של המקלט האופטיים בטווח רחב של יישומים. על ידי מתן רווח פנימי ניתן לשלוט באמצעות תהליך רב-הכפלה רב-האפקט, הם מאפשרים זיהוי של אותות אור שאחרת יאבדו ברעש אלקטרוני.חומרי חידושים, ארכיטקטורות מתקדמות של מכשירים כמו SAM ו- resonant cavities, והפעלה במצב גייגר יש מגבלות קבועות.

(ב) ראו (ב) , ראה (ב) , עיין ב-[[1924]], [[1924]] ו[[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]