फोटोडिटेक्टरची बँडविड्थ आणि रिस्पॉन्सिव्हिटी

बँडविड्थ आणि प्रतिसादक्षमताफोटोडिटेक्टर
निवड करतानाInGaAs फोटोडिटेक्टरप्रत्येकाला समान वैशिष्ट्ये हवी असतात: १० GHz पेक्षा जास्त बँडविड्थ आणि ०.९ A/W पेक्षा जास्त रिस्पॉन्सिव्हिटी. डेटा मॅन्युअल चाळल्यावर माझ्या लक्षात आले की, हे दोन्ही आकडे एकाच डिव्हाइसवर कधीही आढळत नाहीत. उच्च बँडविड्थची रिस्पॉन्सिव्हिटी केवळ ०.५ A/W किंवा त्याहूनही कमी असते, आणि उच्च रिस्पॉन्सिव्हिटी बँडविड्थ फक्त काहीशे MHz असते. ही उत्पादकाची तांत्रिक समस्या नाही – भौतिकशास्त्रानुसार बँडविड्थ आणि रिस्पॉन्सिव्हिटी या मुळातच परस्परविरोधी गोष्टी आहेत, आणि दोन्ही गोष्टी एकाच वेळी मिळू शकत नाहीत.
बँडविड्थ आणि रिस्पॉन्सिव्हिटी हा एक अंतर्निहित भौतिक विरोधाभास आहे, ज्याचे मूळ शोषक थराच्या जाडी या महत्त्वपूर्ण मापदंडात आहे. शोषक थराची जाडी वाढवल्याने क्वांटम कार्यक्षमता सुधारू शकते (त्यामुळे रिस्पॉन्सिव्हिटी वाढते), परंतु त्यामुळे चार्ज कॅरिअर्सचा संक्रमण काळ वाढतो (त्यामुळे बँडविड्थ कमी होते); आणि याउलटही घडते. म्हणून, मानक पिन फोटोडिटेक्टरच्या डिझाइनमध्ये, या दोन्ही गोष्टी एकाच वेळी साध्य करता येत नाहीत आणि एक तडजोड करावी लागते.
उद्योगक्षेत्रात क्रांती घडवणारी योजना:
हा लेख या विरोधाभासावर मात करण्याच्या उद्देशाने असलेल्या तीन अत्याधुनिक तांत्रिक उपायांची ओळख करून देतो:
वेव्हगाईड प्रकारचा डिटेक्टर (WGPD): प्रकाशाच्या प्रसारणाची दिशा चार्ज कॅरिअर्सच्या ड्रिफ्ट दिशेपासून वेगळी करतो आणि एकाच वेळी उच्च बँडविड्थ (>40 GHz) आणि उच्च रिस्पॉन्सिव्हिटी (>0.9 A/W) साध्य करू शकतो, परंतु ही प्रक्रिया गुंतागुंतीची आणि खर्चिक आहे.
एकदिशात्मक वाहक परिवहन फोटोडिटेक्टर (UTC-PD): ड्रिफ्टसाठी केवळ उच्च-गती इलेक्ट्रॉनचा वापर करून आणि कमी-गती होलच्या संक्रमण वेळेची मर्यादा दूर करून, ते अत्यंत उच्च बँडविड्थ (>100 GHz) साध्य करू शकते आणि सामान्यतः उच्च-गती संप्रेषण आणि टेराहर्ट्झ क्षेत्रात वापरले जाते.
रेझोनंट कॅव्हिटी एन्हांस्ड फोटोडिटेक्टर (RCE): एका पातळ शोषण थरात प्रकाश शोषण वाढवण्यासाठी ऑप्टिकल रेझोनंट कॅव्हिटीचा वापर करून, उच्च बँडविड्थ कायम ठेवत क्वांटम कार्यक्षमता सुधारता येते, परंतु ऑपरेटिंग बँडविड्थ (स्पेक्ट्रल रेंज) खूपच अरुंद असते.
प्रकल्प निवडीसाठी सूचना:
आवश्यकतांचा प्राधान्यक्रम स्पष्ट करा: सर्वप्रथम, सिस्टम सिग्नल बँडविड्थच्या आधारावर (३ पट मार्जिनसह) फोटोडिटेक्टरसाठी किमान बँडविड्थची आवश्यकता निश्चित करा आणि नंतर या परिस्थितीत सर्वाधिक प्रतिसादक्षमता असलेले मॉडेल निवडा.
सिस्टम स्तरावरील निर्देशकांकडे लक्ष द्या: फोटोडिटेक्टरचे मूल्यांकन करताना, केवळ रिस्पॉन्सिव्हिटीकडेच नव्हे, तर नॉईज इक्विव्हॅलेंट पॉवर (NEP) आणि सिस्टम सेन्सिटिव्हिटीकडेही लक्ष दिले पाहिजे, कारण उच्च रिस्पॉन्सिव्हिटीसोबत उच्च नॉईज असू शकतो.
विचार कराAPD फोटोडिटेक्टरकमी-शक्तीच्या परिस्थितीत: जेव्हा आपाती प्रकाशाची शक्ती खूप कमी असते (जसे की <-30 dBm), तेव्हा प्रतिसादाच्या कमतरतेची भरपाई करण्यासाठी अ‍ॅव्हॅलेंच फोटोडायोडच्या (APD फोटोडिटेक्टर) अंतर्गत गेनचा वापर केला जाऊ शकतो, परंतु त्याच्या अतिरिक्त नॉईजकडे लक्ष दिले पाहिजे.
उच्च आवश्यकता आणि उच्च बजेट असताना WGPD निवडणे: जेव्हा प्रणालीला उच्च बँडविड्थ (>20 GHz) आणि उच्च रिस्पॉन्सिव्हिटी (>0.8 A/W) या दोन्हीची आवश्यकता असते, तेव्हा मानक PIN डिटेक्टर आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाहीत आणि वेव्हगाईड प्रकारच्या डिटेक्टरचा (WGPD) थेट विचार केला पाहिजे.
निष्कर्ष:
मानक बँडविड्थ प्रतिसादक्षमतेचा तडजोडपिन फोटोडिटेक्टरही एक अंगभूत भौतिक मर्यादा आहे. त्यावर खऱ्या अर्थाने मात करण्यासाठी, प्रकाश शोषणाचा मार्ग वाहकाच्या पारगमनाच्या मार्गापासून भौतिकरित्या वेगळा करण्याकरिता उपकरणाच्या रचनेत नवनिर्मितीची आवश्यकता आहे. उच्च दर्जाच्या उपायांची कामगिरी उत्कृष्ट असते, परंतु त्यांची किंमतही जास्त असते, त्यामुळे अभियांत्रिकी व्यवहारात, विशिष्ट वापराच्या परिस्थिती, कामगिरीच्या आवश्यकता आणि अंदाजपत्रक यांच्यात अजूनही तडजोड करणे आवश्यक ठरते.