בחירת Photodiode עבור מקבלי אופטי

בחירת photodiode המתאים היא החלטה קריטית בעיצוב של מערכות מקלט אופטי, השפעה ישירה על הרגישות, רוחב פס וביצוע המערכת הכולל. המקלטים אופטיים משמשים יישומים מגוונים החל תקשורת אופטית ו LIDAR לאבחון רפואי ניטור סביבתי.כל יישום מטיל מגבלות ייחודיות על אורך הגל, אותות, מהירות תגובה וסובלנות. בחירה לקויה יכול לפענוח את המהנדסים, טווח דינמי או בחירת סימני פעולה, אשר חייב לערכאות רחבות, כאשר יש צורך בכיסוי צבעים ברורים, תכונות של מערכת אותות ברורים, אשר יש צורך, תכונות מוגדרות, תכונות ספציפיות על גבי אורכי משקל, כלומר, תכונות של תמונות, כלומר, תכונות מוגדרות, לחץ, לחץ, לחץ, מהירות תמונה, מהירות, מהירות, מהירות, מהירות, מהירות, מהירות, מהירות, מהירות, מהירות, מהירות, מהירות, מהירות תגובה, מהירות תגובה, מהירות תגובה, מהירות תגובה, מהירות, מהירות תגובה, מהירות תגובה, וסובלנות.

כדי לעשות בחירה מושכלת, חיוני להבין את הפיזיקה הבסיסית של photodiodes - במיוחד איך הם להמיר photons לתוך זרם חשמלי.תגובתו של photodiode, הנוכחי, קיבול, ואת לינאריות כל אינטראקציה עם המגבר של המקלט ועיצוב המעגל. מאמר זה מרחיב על הליבה של עסקאות ומציע תובנות מעשיות עבור התאמת תמונות מסווגות לדרישות האמיתיות של מערכת אמיתית.

מפתח ב- Photodiode Selection

רגישות לאורכי גל ותגובה ספציפית

התגובה הספקטרום של photodiode חייבת להתאים את אורכי הגל המשמשים ביישום.סיליקון photodiodes לפעול ביעילות בטווח הנראה קרוב לטווח קרוב (בערך 400-1100 nm), מה שהופך אותם אידיאליים עבור אור גלויה, 000 סיבים קצר טווח אופטיים, וספקטרוסקופיה סולארית.

אחריות ויציבות קוונטית

אחריות, נמדדת ב amperes per וואט (A/W), מדמה כמה יעיל photodiode להמיר את ההפיכה האופטית ל photocurrent. responsivity משפרת את הרגישות, במיוחד בתנאי תאורה נמוכה. Responsivity היא פונקציה של אורכי גל וקשור הדוק יעילות קוונטית של חומר - היחס של אלקטרונים שנוצר עבור תמונה, לדוגמה, adiod יכול להגיע ל- 0.

מהירות תגובה ו-Budwidth Speed

עבור שידור נתונים מהיר, כגון ב-Gיגהa Ethernet או מערכות סיבים קוהרנטיות, רוחב פס photodiode ולהגדיל את הזמן הם ראשוני. Bandwidth מושפע על ידי קפיקט הצומת של photodiode וזמן המעבר המוביל המוביל. pIN photodiodess נועדו עם שכבת צילום מוגזמת כי להפחית את רוחב הפס של 10GHz עבור מקלט קצר יותר, כולל רוחב פס גבוה יותר.

המונחים: black noise

זרם אפל – הזרם הקטן שזורם אפילו בהיעדר אור – הוא מקור רעש עיקרי במקבלים אופטיים. זרם כהה נמוך משפר את יחס האות-ל-אין (SNR) לזיהוי אור נמוך.העלייה הנוכחית בצמיחה אקספוננציאלית עם טמפרטורה גבוהה יותר בתקני APD בהשוואה לסיליקון ו-InGaAs. כי יישומים הדורשים אותות ברמת ננואט, כגון אסטרונומיה או פלואופסיום, נחשבים לדלקתיים (Digt) לעומת מפונקציות כהה, לעומת 10Digt) לעומת קרינת חשיפות כהה (Digt) בהשוואה לצלילים מ-in כהה (D) בהשוואה לצלילים מ-InGaa) בהשוואה לצלילים מ-InGaAs.

אזור פעיל ו Capacitance

האזור הפעיל של photodiode משפיע הן על יעילות איסוף האור והן על קיבול. אזור פעיל גדול יותר אוסף יותר כוח אופטי, אשר מועיל עבור מערכות חלל חופשי או כאשר ההיערכות היא קשה, אבל זה מגביר את קיבול ומצמצמצמצמי רוחב פס. ניגודיות קטנות, גם הפיכה קטנה של photodiodes (50-100 מיקרומטר) מציעים קפיות נמוכה (subofd) ומהירות גבוהה, אך התמקדות של חומרים אופטיים, לאומים, כמו גם כן, לא מתאים, אך ורק עם נפח גבוה, הוא יעיל של חומר חשמלי גבוה, הוא מסוגל, הוא מסוגל, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עם נפח גבוה, אם הוא יעיל של חומר ניקוי גבוה, הוא מסוגל, הוא מסוגל, הוא מסוגל, עם נפח גבוה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, הוא מסוגל, 000, 000, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000 יעיל, 000, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000 יעיל, 000,

קוארנטיות ו- Dynamic Range

קוארליות - היחס העקביות העקביות בין כוח אופטי ופוטושן - היא קריטית במערכות אנלוגיות ומכשירי מדידה. PIN photodiodes בדרך כלל להציג לינאריות מעולה במשך כמה עשורים של כוח אופטי, בעוד APDs יכול להראות משיכה ברמות כוח גבוהות עקב אפקטים טעינה חלל.טווח דינמי של המקלט נקבע על ידי שילוב של לינאריות photodiode, כהה, ומגברה בראש כמו יישומים נמוכים.

סוגי Photodiodes for Optical Acceptr Applications

PIN Photodiodes: The Workhorse for High-Speed תקשורת

PIN (Positive-Intrinsic-Negative) photodiodes הם הסוג הנפוץ ביותר במערכות תקשורת אופטית.מבנה שלהם כולל שכבה פנימית עבה בין p-type לבין אזורים N-type, אשר מפחית את קפיית הצומת דורש זיהוי מינימלי ומגדיל את רוחב האותות של PIA מאפשר זמני תעבורה מהירים, המאפשר רוחב פסים ממאות מגה-הרץ לעשרות של ג'יגה-קלידיות נמוכה כל כך, כמו כן, כמו גם תכונות לייזר (a-a-a-a-a-a-a-D) ו-atras) ו-atrai-atraceremetemi-ameds (לא-atras) ו-atrameremetensitamsamsamsamsamsamsamsams) עם עדשות מגע נמוך יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עם עדשות מגע מיידיות גבוהה, כלומר, עם עדשות מגע מיידיות גבוהה, כלומר, עם עדשות מגע נמוך יותר נמוך יותר גבוה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עם עדשות מגע נמוך יותר גבוה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עם עדשות מגע

Avalanche Photodiodes (APDs): רגישות באמצעות רווח פנימי

APDs לפעול במתחים ההטיה ההפוך (50-200 V) כדי ליצור אזור של שדה חשמלי גבוה הגורם השפעה ionization, ייצור רווח פנימי (גורם הכפל M מ 10 עד 1000) זה מגדיל את photocurrent, מה שהופך APDs אידיאלי לגילוי רמות אור נמוכות מאוד, כגון במערכות סיבים ארוכים, LIDAR, תמונה וספירה, עם זאת, דורש תוספת גבוהה יותר של טמפרטורות טמפרטורות מאופיין יותר מאשר טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות קומפקטיות יותר.

צילום: Cost-Effective Light Sensing

תמונות הסיליקון הן הסוג הנפוץ ביותר עבור גילוי גלוי וקרוב-לכאורה עד 1100 nm. הם זמינים בחבילות רבות - ממכשירים SMD זעירים לגלולים גדולים - והם זולים בשל עיבוד סיליקון בוגר.סיליקון photodiodes יש זרם כהה (nampsams או פחות בטמפרטורת החדר) ותגובה טובה בספקטרום גלוי הם משמשים חיישנים תעשייתיים (גמאומטר), כגון סיליקון נמוך יותר (דלקת דם כהה) או פחות מגובה, 000 ליטרים), או פחות מגובה, 000 חום) או פחות מגובה, 000 חום (דלקת דם נמוך יותר מאשר חום) ו אטומים (דלקתיים), או פחות בטמפרטורה (דלקתיים), או פחות בטמפרטורה נמוכה (דלקתיים) ו אטומים) ו אטומים (דלקתיים) ו אטומים) ו אטומים נמוך יותר מאשר אטומים), או פחות בטמפרטורה בחדר) ו אטומים (דלקתיים מתאימים), ו אטומים (דלקתיים (דלקתיים (דלקתיים מתאימים), ו אטומים (דלקתיים מתאימים), ומעט יותר מאשר אטומים (דלקתיים (מטווח נמוך יותר), ומעט יותר מאשר אטומים) ומעט יותר מאשר פחות בטמפרטורה בחדר) ומעט יותר מאשר פחות בטמפרטורה

InGaAs Photodiodes: ביצועים גבוהים עבור Infrared

Indium Gallium arsenide (InGaAs) photodiodes הם תקן עבור יישומים באזור הסמוך- infrared (900-1700 nm) הם מציעים תגובה גבוהה, זרם כהה נמוך (תמונות עבור מכשירים קטנים-area), ומהירות גבוהה, מה שהופך אותם חיוניים עבור סיבים אופטיים תקשורת, ספקטרוסקופיה, הדמיה תרמית.

שאטקי ומטא-סימניטור-מט (MSM) Photodiodes

עבור יישומים מיוחדים במהירות גבוהה או אולטרה סגול, תצלום שקוף ו MSM photodiodes מציעים יתרונות ייחודיים. ⁇ stky photodiodes להשתמש צומת מתכת-semiconductor כדי להשיג פעמים תגובה מהירה מאוד, עם רוחב פס מעל 100 GHz על פני כמה עיצובים. הם משמשים לייזרים מחקר וקישורים אנלוגיים גבוהה. MSM תמונות מורכב של אלקטרודות משולבות על פני מתכת עם משטח נמוך מאוד, הם לעתים קרובות מקודדות מתכת עם סוגים כפולים.

שיקולים של Application-Specific

מקבלי תקשורת אופטיים

במערכות תקשורת סיבים אופטיים, photodiode חייב להתאים את החלונות של סיבים חד-פעמיים (1310 nm או 1550 nm) PIN photodiodes נפוצים עבור קישורים קצרי-נוחות (למשל, מרכזי נתונים) שבו דרישות הרגישות הן בינוניות, בעוד APDs משמשים עבור רשתות רקע ארוכות טווח או אופטיות פסיביות (PON) שבו יש צורך גבוה יותר רגישות ל-Coltualization) יש צורך בדרך כלל להפחית את רמת הדיוקן נמוך (DVal Retraical) ו-Dance) למינימום של 0Dapived) למינימום נמוך יותר למינימום של 0Dapion) יש צורך ב-Daptial נמוכה יותר למינימום של 0.

LIDAR ו-Time-of-Flight Sensors

מערכות LARID דורשות photodiodes מסוגל לזהות דופקים חלשים, מהירים מן אור לייזר משתקף. APDs נפוצים בשל רווח פנימי שלהם, אשר מגביר את אות החזרה מעל רעש מגבר. avalanche diodes יחיד-תמונה יחיד (SPAD) דורש גם תכונות בחירה מפורטות של APD הפועלים במצב גייגר - ספירת תמונה גבוהה מאוד LARID מציעה ירידה של 50 ליטרים נמוך יותר של תמונות מהירות (n) אבל nFD נמוך יותר מגובה נמוך יותר מגובה נמוך יותר מ רזולוציה של 15 נקודות מבט פתוח) אבל ירידה של 15 נקודות מבט אור השמש נמוכה יותר של 15 (n) אבל ירידה של 0 50 ליטר) יש צורך ירידה של 15 ליטרים) 000 נמוך יותר של 0 50 ליטרים) 000 נמוך יותר של שעון נמוך יותר של 0 נמוך יותר מגובה נמוך יותר של 0 נמוך יותר של 0 נמוך יותר של רזולוציה נמוכה יותר של 0, 000 נמוך יותר של חום נמוך יותר של חום נמוך יותר של רזולוציה נמוכה של רזולוציה נמוכה של 0, 000 נמוך יותר של רזולוציה נמוכה של רזולוציה נמוכה של 0, 000 נמוך יותר של תמונות מהירות נמוכה של רזולוציה נמוכה של רזולוציה של רזולוציה נמוכה של רזולוציה נמוכה של רזולוציה של רזולוציה נמוכה של רזולוציה נמוכה של 0

רפואי וספקטרוסקופי Sensing

במכשור רפואי כגון הדופק oximeters ומוניטורים גלוקוז בדם, photodiodes חייב לפעול באורכי גל ספיגת ספציפיים של רקמות ביולוגיות.סיליקון photodiodes נפוצים עבור אדום ואדום LEDs המשמשים ב oximetry.עבור הדמיה פלואורגנטיות וזרימה של ניתוח קיסרי, רגישות גבוהה בטווח רחב ספקטרלי הוא צורך - לעתים קרובות משלב סיליקון ו-InGaLTAs photodes בגלמת בינוני הוא סימן נמוך מאוד.

פיקוח סביבתי ותעשייתי

חיישני גז, גלאי עשן, ומוניטורים איכותיים של מים משתמשים photodiodes כדי לזהות ספיגה או פיזור באורכי גל ספציפיים.לדוגמה, גלאי פחמן דו חמצני משתמשים לעתים קרובות מקור IR ו-InAsSb או PbSe photodiode הפועלים ליד 4.3 μ-zone photodiodes (מקלטים עם מסננים הם נפוצים.

ביצועים מסחריים-Offs and Getrאינטגרציה

Bandwidth vs. Sרגישות

מסחר בסיסי קיים בין רוחב פס פוטודיודה לבין רגישות. רוחב פס גבוה דורש קיבול קטן, כלומר אזור קטן פעיל, אבל שטח קטן יותר אוסף פחות אור, צמצום הרגישות.עבור עיצוב המקלט, מהנדסים יכולים לפצות על ידי שימוש ב- high-gain TIA עם רעש קלט נמוך, אבל זה מגביר את צריכת החשמל. APDs יכול להקל על הרגישות על ידי שמירה על רוחב פס, אבל על העלות של לחץ גבוה יותר וארוך טווח עשוי להיות לחץ דם נמוך יותר עבור קישור תמונה מינימלי עבור טיפול קצר, ללא קשר עם לחץ דם נמוך יותר, ללא קשר קצר, ללא ספק, הוא לחץ נמוך יותר, ללא ספק, ללא ספק, עם לחץ דם נמוך יותר, הוא לחץ דם נמוך יותר, הוא לחץ נמוך יותר, עם קישור תמונה נמוכה יותר, הוא לחץ נמוך יותר, עם ירידה של לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ נמוך יותר, עם ירידה של לחץ דם נמוך יותר, עם ירידה של לחץ דם נמוך יותר, עם לחץ דם נמוך יותר, עם קישור נמוך יותר, עם קישור ירידה מינימלית לחץ דם נמוך יותר, הוא עשוי להיות בטוח, עם ירידה נמוכה יותר נמוך יותר נמוך יותר, עם לחץ דם נמוך יותר, אבל זה יכול להיות טיפול קצר.

זרם אפל לעומת טמפרטורה

זרם אפל כפול בערך 10-12%C עבור photodiodes סיליקון וכל 6-8 ° C עבור InGaAs ו- Germanium. במערכות הפועלות על טווחי טמפרטורה רחבים, כגון Auto LIDAR או חיישנים חיצוניים, זרם כהה יכול לשלוט רעש בטמפרטורות גבוהות. מעצבים עשויים לבחור תמונה עם מודולים אפלים או לשלב פיצוי טמפרטורה - למשל, על ידי ניטור הנוכחי כהה וקטרקטיבי זה, באמצעות גירוי דיגיטלי, הדורשים של טמפרטורות גבוהות יותר, כולל גירוי לחום, עם גירוי חשמלי עבור טמפרטורות גבוהות יותר.

קידוד אופטי ו-Packaging

השיטה של הפיכה אור לתוך photodiode משפיע באופן משמעותי על הביצועים. עבור מקלטים אופטיים, photodiodes זנב עם עדשות או סיבים מכובש ישירות הם נפוצים.יישומים Free-space יכול להשתמש חלון, עדשות, או עדשה כדור להתמקד אור על האזור הפעיל קדמית, חבילת photode - Un-can-can-can-can-can-קרמיקה, או פני השטח - trans-flu-cy-cy-cy-cy-cy-cy-cy-sur-cy-cy-cy-sur-to-cy-cy-cy-cy-cy-to-to-cy-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-cy-cy-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-cy-cy-cy-cy-cy-cy-cy-cy-to-cy-cy-cy-cy-to-cy-cy-to-cy-sur-cy-cy-cy-cy-to-to-cy-sur-to-to-cy-cy-cy-cy-sur-cy-to-to-cy-cy-

מסקנה

בחירת photodiode הנכון עבור מקלט אופטי דורש הערכה שיטתית של אורך גל, תגובתיות, מהירות, רעש, ומגבלות פיזיות.מערכת ההחלטות ממטריקס מתחיל עם דרישות ספקטרליות של היישום, ממשיך לאות רמות כוח דרישות רוחב פס, ולאחר מכן רואה גורמים סביבתיים כגון טמפרטורה ואריזות.