1. Főbb teljesítményparaméterek

1.1.Reaktivitás (R)

A válaszadóképesség a generált fotoáram és a beeső optikai teljesítmény aránya, A/W-ban kifejezve. Ez függ a hullámhossztól, az anyag tulajdonságaitól, a kvantumhatékonyságtól és az eszköz szerkezetétől. Az InGaAs fotodiódák jellemzően az 1310 nm-es és az 1550 nm-es távközlési sávokban biztosítanak nagy érzékenységet, bár a pontos érték az eszköz kialakításától és működési feltételeitől függően változik. A nagyobb érzékenység több fényáramot termel egy adott optikai bemenethez, ami javíthatja az észlelési érzékenységet, ha más zajforrások hasonlóak maradnak.

1.2.Sötétáram (azonosító)

A sötétáram az a szivárgási áram, amely beeső fény hiányában átfolyik a fotodiódán. Többféle mechanizmusból fakadhat, beleértve a hőgeneráció-rekombinációt, a hordozó diffúziót, a felületi szivárgást és az eszközhibákat. A sötétáram általában növekszik a fordított előfeszítéssel és a hőmérséklettel, és hozzájárul az érzékelő zajszintjének csökkenéséhez. Az alacsony fényáram különösen fontos a gyenge fény érzékeléséhez és a precíziós optikai teljesítményméréshez.

1.3.Junction kapacitás (Cj) és sávszélesség

A csomópont kapacitása a fotodióda átmenethez tartozó kapacitás. A terhelési ellenállással együtt RC aluláteresztő választ képezhet, amely korlátozza az érzékelő sávszélességét. Az alacsonyabb csatlakozási kapacitás általában nagyobb sávszélességet tesz lehetővé, míg a csatlakozási kapacitás jellemzően csökken a fordított előfeszítés növekedésével és növekszik az aktív területtel.

Ha az RC válasz a domináns sávszélesség-korlátozás, a hozzávetőleges 3 dB sávszélesség a következőképpen becsülhető meg:

f3dB ≈ 1 / (2π × RL × Cj)

A fotodióda tényleges sávszélessége a hordozó áthaladási idejétől, a soros ellenállástól, a csomag parazitáitól és a kiolvasó áramkörtől is függ. A kisebb aktív területek és a megfelelő fordított előfeszítés segíthet nagyobb sávszélesség elérésében, de az optimális kialakítás az érzékelő szerkezetétől és az alkalmazási követelményektől függ.

1.4.Aktív terület átmérője

Az aktív terület a fotodióda fényérzékeny tartománya, amelyet jellemzően az átmérője határoz meg. A nagyobb aktív területek nagyobb optikai nyalábok befogadására alkalmasak, és nagyobb igazítási toleranciát biztosítanak a szabad tér vagy a széttartó nyalábok számára, de általában nagyobb a csatlakozási kapacitásuk és kisebb a sávszélességük. A kisebb aktív területek alacsonyabb kapacitást és potenciálisan gyorsabb választ biztosítanak, de pontosabb optikai igazítást igényelnek. Az optimális aktív terület függ a nyaláb méretétől, a csatolási módtól, az optikai teljesítménytől és a sávszélesség-követelményektől.

1.5.Spektrális választartomány

A spektrális választartomány határozza meg azokat a hullámhosszokat, amelyeken a fotodióda hasznos fotoválaszt biztosít. A rövid hullámhossz határát az abszorpció és az átvitel befolyásolja az eszköz szerkezetében, míg a hosszú hullámhossz határát elsősorban a félvezető sávszélessége határozza meg. A szabványos InGaAs fotodiódák általában körülbelül 900 nm és 1700 nm közötti választ adnak, az eszköz szerkezetétől és anyagösszetételétől függően. A kiterjesztett hullámhosszú InGaAs variánsok a választ körülbelül 2,6 µm-re vagy még tovább is növelhetik a kiterjesztett SWIR és spektroszkópiai alkalmazásokhoz.

1.6.Linearitás

A fotodióda linearitása a beeső optikai teljesítmény és a kimeneti fényáram közötti arányos összefüggésre utal. A jó linearitás fontos az optikai teljesítménymérőknél, az optikai felügyeletnél és a kvantitatív mérési alkalmazásoknál. A PIN-fényképdiódák rendkívül lineáris választ tudnak adni széles optikai teljesítménytartományban, ha a meghatározott feltételek között működnek. Nagy optikai teljesítmény esetén a linearitás korlátozható soros ellenállással, feszültségeséssel, telítéssel, tértöltési effektusokkal és a kiolvasó áramkörrel. Alacsony optikai teljesítmény esetén a mérési pontosságot egyre nagyobb mértékben befolyásolja a sötétáram és az érzékelő általános zajszintje.

2. Tipikus alkalmazások

2.1.Optikai teljesítménymérés és felügyelet

A fotodiódákat széles körben használják kézi és asztali optikai teljesítménymérőkben, valamint beépített optikai teljesítményfigyelő modulokat a kommunikációs és tesztberendezésekben. Az optikai teljesítmény mérésére általában megfelelő aktív területekkel, nagy érzékenységgel, alacsony sötétárammal és jó linearitású InGaAs fotodiódákat használnak. A nagyobb aktív területek nagyobb toleranciát biztosítanak a sugárpozíció- és igazítási eltérésekkel szemben, míg az alacsony sötétáram kis optikai teljesítmény mellett javítja a mérési pontosságot.

2.2.Száloptikai kommunikációs vevők

Az optikai kommunikációs vevőkészülékekben a fotodiódák a modulált optikai jeleket elektromos jelekké alakítják a későbbi feldolgozás céljából. A PIN fotodiódákat széles körben használják ott, ahol nagy sebességre, linearitásra és megfelelő érzékenységre van szükség, míg az APD-k belső erősítést biztosítanak a nagyobb vevőérzékenységet igénylő alkalmazások számára. A PIN és az APD közötti választás a kapcsolat költségvetésétől, az adatátviteli sebességtől, a vevő architektúrától és a költségkövetelményektől függ.

2.3.Fiber-Optic Sensing

Az elosztott száloptikai érzékelő rendszerek, beleértve az elosztott hőmérséklet-érzékelőt (DTS), az elosztott akusztikus érzékelőt (DAS) és a Brillouin optikai időtartomány-elemzést (BOTDA), fotodetektorokat használnak az érzékelőszálról visszaszórt vagy visszavert optikai jelek mérésére. Az InGaAs fotodiódákat általában az 1550 nm-es tartományban működő rendszerekben használják, a válaszadó képességet, a zajt és a sávszélességet az adott érzékelési technikának és rendszerarchitektúrának megfelelően választják ki.

2.4.Lézeres teljesítményfigyelés és vezérlés

A fotodiódákat széles körben használják valós idejű lézerkimeneti teljesítmény figyelésére és visszacsatolás szabályozására. Sok pillangó és TO-CAN lézercsomag integrálhat egy monitor fotodiódát a lézerkimenet egy részének mintavételéhez, lehetővé téve az automatikus teljesítményszabályozást (APC). A külső fotodiódákat L-I-V teszteléshez, optikai teljesítmény figyeléshez, hullámhossz-szkennelés jellemzéséhez és egyéb lézeres mérési alkalmazásokhoz is használják. Az InGaAs fotodiódák kiválóan alkalmasak a spektrális választartományukon belül működő telekommunikációs és érzékelő lézerek megfigyelésére.

2.5.Közeli infravörös spektroszkópia és analitikai műszerek

A NIR spektroszkópiai rendszerek fotodiódákat használnak a mintákon áthaladó vagy a mintákról visszavert fény detektálására a kémiai összetétel, a nedvességtartalom és az anyagtulajdonságok elemzése céljából. Az 1700 nm-ig terjedő InGaAs fotodiódák a víz, a szénhidrogének és más szerves vegyületek fontos NIR-elnyelési jellemzőit fedik le. Az alacsony zajszint és a jól jellemzett spektrális válaszadás fontos a pontos kvantitatív mérésekhez.

2.6.Ipari és környezeti érzékelés

Az InGaAs fotodiódák használhatók a közeli infravörös tartományban működő optikai érzékelőrendszerekben, beleértve a NIR TDLAS gázérzékelést, az optikai helyzetérzékelést és más ipari mérési alkalmazásokat. A TDLAS rendszerekben a fotodióda érzékeli a gázcellán áthaladó lézerfényt, míg az optikai intenzitás változásait a cél abszorpciós hullámhosszon elemzi a gázkoncentráció meghatározásához. Az érzékelő hullámhossz-válaszát, zajteljesítményét és dinamikus tartományát az adott érzékelő architektúrának megfelelően kell kiválasztani.