Detektory světla - PIN diody a jejich vlastnosti

Detektory světla

• Pevnost v oblasti – vyšší Uzávěr
• PN – 10^-6 až 10^-9 s, PIN – 10^-12 až 10^-15 s

Vlastnosti PIN

• Typ závěrné U: 3 - 20 V (max. > 100 V)
• Typ odezva: 1-tky ns - 1-tky ps
• Citlivost (Responsivity) ρ: Si – max. 0.7 A/W na 800 nm, InGaAs: 1 A/W okolo 1600 nm
• Velký dynamický rozsah - linearita charakteristiky, výstupního proudu: > 50 dB

Fototranzistory

• Vnitřní zesílení → zvýšená citlivost
• Pomalejší odezva, horší linearita, vyšší šum

Lavinová fotodioda (APD)

• Odlišná struktura oproti PIN (oblast násobení elektronů)
• Vnitřní zesílení → vyšší citlivost
• Vnitřní zesílení – založené na lavinovém násobení - silné elektrické pole urychluje světlem získané elektrony – vyrážejí další valenční elektrony (nárazová ionizace)
• Potřeba vysoké U – téměř lavina nosičů – závisí na osvětlení
• Nárůst počtu prvotních nosičů - násobící faktor M – 10 až 100

Vlastnosti detektorů

• Typické napětí APD: Si - 150 až 400 V, InGaAs - 20 až 60 V
• Materiály detektorů – různá spektrální citlivost:
  • Si: 400-1100 nm
  • Ge: 600-1600 nm
  • GaAs: 400-900 nm
  • InGaAs: 900-1700 nm
  • InGaAsP: 800-1600 nm
• Citlivost (Responsivity) prudce klesá na velkých λ – malá energie

Rychlost a šířka pásma

• Doba převodu optického signálu na elektrický
• Doba náběhu (šířka pásma) – odezva výstupu detektoru na změnu optického vstupu
• Doba náběhu a sestupu – ne vždy symetrické - často delší, pomalu klesající doběh

Kvalita signálu

• Rozdíl mezi signálem a šumem
• Analogový signál – měřená jako poměr signál-šum (SNR), obvykle v dB
• Digitální signál – měřená jako bit error rate (BER) - poměr chybně přijatých bitů

Zapojení detektoru

• Základní obvod s PIN (PN) fotodiodou

Quiz o vlastnostech PIN diod pro detekci světla, včetně citlivosti a dynamického rozsahu.