پهنای باند و پاسخگویی آشکارساز نوری

پهنای باند و پاسخگوییآشکارساز نوری
هنگام انتخابآشکارساز نوری InGaAs، همه مشخصات یکسانی می‌خواهند: پهنای باند بالای 10 گیگاهرتز و پاسخگویی بالای 0.9 آمپر بر وات. بعد از اینکه دفترچه راهنمای دستگاه را ورق زدم، متوجه شدم که این دو عدد هرگز روی یک دستگاه ظاهر نمی‌شوند. پاسخگویی پهنای باند بالا فقط 0.5 آمپر بر وات یا حتی کمتر است و پهنای باند پاسخگویی بالا فقط چند صد مگاهرتز است. این یک مشکل فنی مربوط به سازنده نیست - پهنای باند و پاسخگویی ذاتاً در فیزیک متناقض هستند و شما نمی‌توانید هر دو را داشته باشید.
پهنای باند و پاسخگویی یک تناقض فیزیکی ذاتی هستند که ریشه در پارامتر حیاتی ضخامت لایه جذب دارند. افزایش ضخامت لایه جذب می‌تواند راندمان کوانتومی را بهبود بخشد (و در نتیجه پاسخگویی را افزایش دهد)، اما زمان عبور حامل‌های بار را طولانی‌تر می‌کند (و در نتیجه پهنای باند را کاهش می‌دهد)؛ برعکس. بنابراین، در طراحی آشکارساز نوری PIN استاندارد، این دو را نمی‌توان همزمان به دست آورد و باید بین آنها مصالحه کرد.
طرح تحول صنعت:
این مقاله سه راهکار فناورانه پیشرفته را با هدف غلبه بر این تناقض معرفی می‌کند:
آشکارساز نوع موجبر (WGPD): جهت انتشار نور را از جهت رانش حامل‌های بار جدا می‌کند و می‌تواند به طور همزمان به پهنای باند بالا (>40 گیگاهرتز) و پاسخ‌دهی بالا (>0.9 آمپر بر وات) دست یابد، اما این فرآیند پیچیده و هزینه آن بالا است.
آشکارساز نوری انتقال حامل تک جهته (UTC-PD): با استفاده از الکترون‌های پرسرعت برای رانش، محدودیت زمان عبور حفره‌های کم‌سرعت را از بین می‌برد و می‌تواند به پهنای باند بسیار بالایی (>100 گیگاهرتز) دست یابد و معمولاً در ارتباطات پرسرعت و میدان‌های تراهرتز استفاده می‌شود.
آشکارساز نوری تقویت‌شده با حفره تشدید (RCE): با استفاده از یک حفره تشدید نوری برای افزایش جذب نور در یک لایه جذب نازک، می‌تواند ضمن حفظ پهنای باند بالا، راندمان کوانتومی را بهبود بخشد، اما پهنای باند عملیاتی (محدوده طیفی) بسیار باریک است.
پیشنهادهایی برای انتخاب پروژه:
اولویت الزامات را مشخص کنید: ابتدا، حداقل پهنای باند مورد نیاز برای آشکارساز نوری را بر اساس پهنای باند سیگنال سیستم (با حاشیه ۳ برابر) تعیین کنید و سپس مدلی را انتخاب کنید که تحت این شرایط بالاترین پاسخگویی را داشته باشد.
به شاخص‌های سطح سیستم توجه کنید: هنگام ارزیابی آشکارساز نوری، باید به توان معادل نویز (NEP) و حساسیت سیستم توجه شود، نه فقط به پاسخگویی، زیرا پاسخگویی بالا ممکن است با نویز بالا همراه باشد.
در نظر بگیریدآشکارساز نوری APDدر سناریوهای کم‌مصرف: وقتی توان نور ورودی بسیار کم است (مانند <-30 dBm)، می‌توان از بهره داخلی فوتودیود بهمنی (آشکارساز نوری APD) برای جبران کمبود پاسخگویی استفاده کرد، اما باید به نویز اضافی آن توجه داشت.
انتخاب WGPD با الزامات و بودجه بالا: هنگامی که سیستم به پهنای باند بالا (>20 گیگاهرتز) و پاسخگویی بالا (>0.8 آمپر بر وات) نیاز دارد، آشکارسازهای PIN استاندارد نمی‌توانند الزامات را برآورده کنند و آشکارسازهای نوع موجبر (WGPD) باید مستقیماً در نظر گرفته شوند.
نتیجه‌گیری:
بده بستان پاسخگویی به پهنای باند استانداردآشکارساز نوری پینیک محدودیت فیزیکی ذاتی است. برای غلبه واقعی بر آن، نوآوری در ساختار دستگاه مورد نیاز است تا مسیر جذب نور را از مسیر عبور حامل‌ها به صورت فیزیکی جدا کند. راه‌حل‌های پیشرفته عملکرد عالی اما هزینه‌های بالایی دارند، بنابراین در عمل مهندسی، هنوز هم لازم است بین سناریوهای کاربردی خاص، الزامات عملکرد و بودجه، مصالحه‌ای ایجاد شود.