1. Các thông số hiệu suất chính

1.1.Độ phản hồi (R)

Độ phản hồi là tỷ lệ giữa dòng quang được tạo ra và công suất quang tới, được biểu thị bằng A/W. Nó phụ thuộc vào bước sóng, tính chất vật liệu, hiệu suất lượng tử và cấu trúc thiết bị. Điốt quang InGaAs thường cung cấp độ phản hồi cao ở dải tần viễn thông 1310nm và 1550nm, mặc dù giá trị chính xác thay đổi tùy theo thiết kế thiết bị và điều kiện hoạt động. Độ phản hồi cao hơn tạo ra nhiều dòng quang hơn cho đầu vào quang nhất định, điều này có thể cải thiện độ nhạy phát hiện khi các nguồn nhiễu khác vẫn có thể so sánh được.

1.2.Dòng điện tối (Id)

Dòng tối là dòng rò chạy qua photodiode khi không có ánh sáng tới. Nó có thể phát sinh từ một số cơ chế, bao gồm tái hợp tạo nhiệt, khuếch tán chất mang, rò rỉ bề mặt và lỗi thiết bị. Dòng điện tối thường tăng theo độ lệch ngược và nhiệt độ và góp phần tạo ra nhiễu sàn cho máy dò. Dòng điện tối thấp đặc biệt quan trọng để phát hiện ánh sáng yếu và đo công suất quang chính xác.

1.3.Điện dung tiếp giáp (Cj) và băng thông

Điện dung tiếp giáp là điện dung liên quan đến tiếp giáp photodiode. Cùng với khả năng chịu tải, nó có thể tạo thành phản hồi thông thấp RC làm hạn chế băng thông của máy dò. Điện dung tiếp giáp thấp hơn thường cho phép băng thông cao hơn, trong khi điện dung tiếp giáp thường giảm khi tăng độ lệch ngược và tăng theo diện tích hoạt động.

Khi phản hồi RC là giới hạn băng thông chiếm ưu thế, băng thông 3dB gần đúng có thể được ước tính là:

f3dB ≈ 1 / (2π × RL × Cj)

Băng thông photodiode thực tế cũng phụ thuộc vào thời gian vận chuyển sóng mang, điện trở nối tiếp, ký sinh gói và mạch đọc. Vùng hoạt động nhỏ hơn và độ lệch ngược thích hợp có thể giúp đạt được băng thông cao hơn, nhưng thiết kế tối ưu phụ thuộc vào cấu trúc máy dò và yêu cầu ứng dụng.

1.4.Đường kính vùng hoạt động

Vùng hoạt động là vùng cảm quang của photodiode, thường được xác định bằng đường kính của nó. Các vùng hoạt động lớn hơn có thể chứa các chùm quang lớn hơn và cung cấp dung sai căn chỉnh lớn hơn cho các chùm không gian tự do hoặc phân kỳ, nhưng nhìn chung có điện dung tiếp giáp cao hơn và băng thông thấp hơn. Các vùng hoạt động nhỏ hơn mang lại điện dung thấp hơn và có khả năng đáp ứng nhanh hơn nhưng yêu cầu căn chỉnh quang học chính xác hơn. Vùng hoạt động tối ưu phụ thuộc vào kích thước chùm tia, phương pháp ghép, công suất quang và yêu cầu băng thông.

1.5.Phạm vi đáp ứng quang phổ

Phạm vi đáp ứng quang phổ xác định các bước sóng mà photodiode cung cấp phản ứng quang hữu ích. Giới hạn bước sóng ngắn bị ảnh hưởng bởi sự hấp thụ và truyền trong cấu trúc thiết bị, trong khi ngưỡng cắt bước sóng dài chủ yếu được xác định bởi dải cấm bán dẫn. Điốt quang InGaAs tiêu chuẩn thường cung cấp phản hồi từ khoảng 900nm đến 1700nm, tùy thuộc vào cấu trúc thiết bị và thành phần vật liệu. Các biến thể InGaAs bước sóng mở rộng có thể mở rộng phản hồi đến khoảng 2,6µm hoặc hơn thế nữa đối với các ứng dụng quang phổ và SWIR mở rộng.

1.6.tuyến tính

Độ tuyến tính của photodiode đề cập đến mối quan hệ tỷ lệ giữa công suất quang tới và dòng quang đầu ra. Độ tuyến tính tốt rất quan trọng đối với các máy đo công suất quang, giám sát quang và các ứng dụng đo định lượng. Điốt quang PIN có thể cung cấp phản hồi tuyến tính cao trên dải công suất quang rộng khi hoạt động trong các điều kiện được chỉ định. Ở công suất quang cao, độ tuyến tính có thể bị giới hạn bởi điện trở nối tiếp, sụt áp, độ bão hòa, hiệu ứng điện tích không gian và mạch đọc. Ở công suất quang thấp, độ chính xác của phép đo ngày càng bị ảnh hưởng bởi dòng điện tối và mức nhiễu tổng thể của máy dò.

2. Ứng dụng điển hình

2.1.Đo lường và giám sát công suất quang

Điốt quang được sử dụng rộng rãi trong các máy đo công suất quang cầm tay và để bàn, cũng như các mô-đun giám sát công suất quang tích hợp trong thiết bị thử nghiệm và truyền thông. Điốt quang InGaAs với vùng hoạt động phù hợp, độ phản hồi cao, dòng điện tối thấp và độ tuyến tính tốt thường được sử dụng để đo công suất quang. Vùng hoạt động lớn hơn có thể mang lại khả năng chịu đựng lớn hơn đối với các biến đổi về vị trí và căn chỉnh chùm tia, trong khi dòng điện tối thấp giúp cải thiện độ chính xác của phép đo ở mức công suất quang thấp.

2.2.Bộ thu truyền thông sợi quang

Trong các máy thu truyền thông quang học, điốt quang chuyển đổi tín hiệu quang đã điều chế thành tín hiệu điện để xử lý tiếp theo. Điốt quang PIN được sử dụng rộng rãi ở những nơi cần tốc độ cao, tuyến tính và độ nhạy thích hợp, trong khi APD cung cấp mức khuếch đại bên trong cho các ứng dụng yêu cầu độ nhạy máy thu cao hơn. Việc lựa chọn giữa PIN và APD phụ thuộc vào quỹ liên kết, tốc độ dữ liệu, kiến ​​trúc máy thu và yêu cầu về chi phí.

2.3.Cảm biến sợi quang

Các hệ thống cảm biến sợi quang phân tán, bao gồm cảm biến nhiệt độ phân tán (DTS), cảm biến âm thanh phân tán (DAS) và phân tích miền thời gian quang học Brillouin (BOTDA), sử dụng bộ tách sóng quang để đo tín hiệu quang tán xạ ngược hoặc phản xạ từ sợi cảm biến. Điốt quang InGaAs thường được sử dụng cho các hệ thống hoạt động xung quanh vùng 1550nm, với độ phản hồi, nhiễu và băng thông được chọn theo kỹ thuật cảm biến cụ thể và kiến ​​trúc hệ thống.

2.4.Giám sát và kiểm soát năng lượng laser

Điốt quang được sử dụng rộng rãi để theo dõi công suất đầu ra laser theo thời gian thực và kiểm soát phản hồi. Nhiều gói laser bướm và TO-CAN có thể tích hợp điốt quang giám sát để lấy mẫu một phần đầu ra laser, cho phép điều khiển công suất tự động (APC). Điốt quang bên ngoài cũng được sử dụng để thử nghiệm L-I-V, giám sát công suất quang, mô tả đặc tính quét bước sóng và các ứng dụng đo laser khác. Điốt quang InGaAs rất phù hợp để giám sát các tia laser viễn thông và cảm biến hoạt động trong phạm vi phản ứng quang phổ của chúng.

2.5.Thiết bị phân tích và quang phổ cận hồng ngoại

Hệ thống quang phổ NIR sử dụng điốt quang để phát hiện ánh sáng truyền qua hoặc phản xạ từ các mẫu để phân tích thành phần hóa học, độ ẩm và tính chất vật liệu. Điốt quang InGaAs có phản hồi mở rộng đến 1700nm bao gồm các đặc tính hấp thụ NIR quan trọng của nước, hydrocacbon và các hợp chất hữu cơ khác. Độ nhiễu thấp và độ phản hồi quang phổ đặc trưng tốt rất quan trọng để đo định lượng chính xác.

2.6.Cảm biến công nghiệp và môi trường

Điốt quang InGaAs có thể được sử dụng trong các hệ thống cảm biến quang học hoạt động trong phạm vi cận hồng ngoại, bao gồm phát hiện khí NIR TDLAS, cảm biến vị trí quang học và các ứng dụng đo lường công nghiệp khác. Trong hệ thống TDLAS, photodiode phát hiện ánh sáng laser truyền qua tế bào khí, đồng thời phân tích những thay đổi về cường độ quang học ở bước sóng hấp thụ mục tiêu để xác định nồng độ khí. Phải chọn đáp ứng bước sóng của máy dò, hiệu suất nhiễu và dải động theo kiến ​​trúc cảm biến cụ thể.