1. Ключови параметри на ефективността

1.1.Отзивчивост (R)

Чувствителността е съотношението на генерирания фототок към падащата оптична мощност, изразено в A/W. Зависи от дължината на вълната, свойствата на материала, квантовата ефективност и структурата на устройството. InGaAs фотодиодите обикновено осигуряват висока чувствителност в телекомуникационните ленти 1310nm и 1550nm, въпреки че точната стойност варира според дизайна на устройството и работните условия. По-високата чувствителност произвежда повече фототок за даден оптичен вход, което може да подобри чувствителността на откриване, когато други източници на шум остават сравними.

1.2.Тъмно течение (Id)

Тъмният ток е токът на утечка, който протича през фотодиод при липса на падаща светлина. Може да възникне от няколко механизма, включително термично генериране-рекомбинация, дифузия на носители, повърхностно изтичане и дефекти на устройството. Тъмният ток обикновено се увеличава с обратно отклонение и температура и допринася за нивото на шума на детектора. Ниският тъмен ток е особено важен за откриване на слаба светлина и прецизно измерване на оптична мощност.

1.3.Капацитет на свързване (Cj) и честотна лента

Капацитетът на прехода е капацитетът, свързан с прехода на фотодиода. Заедно със съпротивлението на натоварване, той може да формира RC нискочестотен отговор, който ограничава честотната лента на детектора. По-малкият капацитет на прехода обикновено позволява по-висока честотна лента, докато капацитетът на прехода обикновено намалява с увеличаване на обратното отклонение и се увеличава с активната площ.

Когато RC отговорът е доминиращото ограничение на честотната лента, приблизителната честотна лента от 3 dB може да се оцени като:

f3dB ≈ 1 / (2π × RL × Cj)

Действителната честотна лента на фотодиода също зависи от времето за преминаване на носителя, серийното съпротивление, паразитите на пакета и веригата за отчитане. По-малките активни зони и подходящото обратно отклонение могат да помогнат за постигане на по-висока честотна лента, но оптималният дизайн зависи от структурата на детектора и изискванията на приложението.

1.4.Диаметър на активната площ

Активната зона е фоточувствителната област на фотодиода, обикновено определена от неговия диаметър. По-големите активни зони могат да поемат по-големи оптични лъчи и да осигурят по-голям толеранс на подравняване за свободно пространство или разминаващи се лъчи, но като цяло имат по-висок капацитет на свързване и по-ниска честотна лента. По-малките активни области осигуряват по-нисък капацитет и потенциално по-бърз отговор, но изискват по-прецизно оптично подравняване. Оптималната активна зона зависи от размера на лъча, метода на свързване, оптичната мощност и изискванията за честотна лента.

1.5.Спектрален диапазон на реакция

Диапазонът на спектралния отговор определя дължините на вълните, върху които фотодиодът осигурява полезен фотоотговор. Ограничението на късата дължина на вълната се влияе от абсорбцията и предаването в структурата на устройството, докато прекъсването на дългата дължина на вълната се определя основно от ширината на полупроводниковата лента. Стандартните InGaAs фотодиоди обикновено осигуряват отговор от приблизително 900nm до 1700nm, в зависимост от структурата на устройството и състава на материала. Вариантите на InGaAs с удължена дължина на вълната могат да разширят реакцията до приблизително 2,6 µm или повече за приложения с разширен SWIR и спектроскопия.

1.6.Линейност

Линейността на фотодиода се отнася до пропорционалната връзка между падащата оптична мощност и изходния фототок. Добрата линейност е важна за оптичните измерватели на мощността, оптичния мониторинг и приложенията за количествени измервания. PIN фотодиодите могат да осигурят силно линеен отговор в широк диапазон на оптична мощност, когато работят в техните определени условия. При висока оптична мощност линейността може да бъде ограничена от серийно съпротивление, спад на напрежението, насищане, ефекти на пространствения заряд и веригата за отчитане. При ниска оптична мощност, точността на измерване се влияе все повече от тъмния ток и общия шумов под на детектора.

2. Типични приложения

2.1.Измерване и мониторинг на оптична мощност

Фотодиодите се използват широко в ръчни и настолни оптични измерватели на мощност, както и вградени модули за наблюдение на оптична мощност в комуникационно и тестово оборудване. InGaAs фотодиоди с подходящи активни зони, висока чувствителност, нисък тъмен ток и добра линейност обикновено се използват за измерване на оптична мощност. По-големите активни зони могат да осигурят по-голяма толерантност към вариациите в позицията на лъча и подравняването, докато ниският тъмен ток спомага за подобряване на точността на измерване при ниски нива на оптична мощност.

2.2.Оптични комуникационни приемници

В оптичните комуникационни приемници фотодиодите преобразуват модулирани оптични сигнали в електрически сигнали за последваща обработка. PIN фотодиодите се използват широко, когато се изисква висока скорост, линейност и адекватна чувствителност, докато APD осигуряват вътрешно усилване за приложения, изискващи по-висока чувствителност на приемника. Изборът между PIN и APD зависи от бюджета на връзката, скоростта на данни, архитектурата на приемника и изискванията за цена.

2.3.Фиброоптично наблюдение

Разпределените влакнесто-оптични сензорни системи, включително разпределено температурно отчитане (DTS), разпределено акустично отчитане (DAS) и анализ на оптичния времеви домейн на Brillouin (BOTDA), използват фотодетектори за измерване на обратно разпръснати или отразени оптични сигнали от сензорното влакно. InGaAs фотодиодите обикновено се използват за системи, работещи около 1550nm област, с чувствителност, шум и честотна лента, избрани според специфичната техника на отчитане и системната архитектура.

2.4.Мониторинг и контрол на мощността на лазера

Фотодиодите се използват широко за мониторинг на лазерната изходна мощност в реално време и контрол на обратната връзка. Много пеперудни и TO-CAN лазерни пакети могат да интегрират мониторен фотодиод за извадка на част от лазерния изход, което позволява автоматично управление на мощността (APC). Външни фотодиоди също се използват за L-I-V тестване, наблюдение на оптична мощност, характеризиране на сканиране на дължина на вълната и други приложения за лазерно измерване. InGaAs фотодиодите са много подходящи за наблюдение на телекомуникационни и сензорни лазери, работещи в техния спектрален диапазон на реакция.

2.5.Близка инфрачервена спектроскопия и аналитична апаратура

Системите за NIR спектроскопия използват фотодиоди за откриване на светлина, предавана през или отразена от проби за анализ на химичен състав, съдържание на влага и свойства на материала. InGaAs фотодиодите с отговор, разширяващ се до 1700nm, покриват важни характеристики на NIR абсорбция на вода, въглеводороди и други органични съединения. Ниският шум и добре охарактеризираната спектрална чувствителност са важни за точни количествени измервания.

2.6.Индустриално и екологично наблюдение

InGaAs фотодиодите могат да се използват в оптични сензорни системи, работещи в близкия инфрачервен диапазон, включително NIR TDLAS откриване на газ, оптично отчитане на позиция и други промишлени измервателни приложения. В системите TDLAS фотодиодът открива лазерна светлина, предавана през газова клетка, докато промените в оптичния интензитет при целевата дължина на вълната на абсорбция се анализират, за да се определи концентрацията на газ. Реакцията на дължината на вълната на детектора, характеристиките на шума и динамичния обхват трябва да бъдат избрани в съответствие със специфичната сензорна архитектура.