1. Pagrindiniai našumo parametrai

1.1.Atsakingumas (R)

Atsakas yra generuojamos foto srovės ir krintančios optinės galios santykis, išreikštas A/W. Tai priklauso nuo bangos ilgio, medžiagos savybių, kvantinio efektyvumo ir įrenginio struktūros. InGaAs fotodiodai paprastai užtikrina didelį jautrumą 1310 nm ir 1550 nm telekomunikacijų juostose, nors tiksli vertė skiriasi priklausomai nuo įrenginio konstrukcijos ir veikimo sąlygų. Didesnis jautrumas sukuria daugiau fotosrovės tam tikram optiniam įėjimui, o tai gali pagerinti aptikimo jautrumą, kai kiti triukšmo šaltiniai išlieka panašūs.

1.2.Tamsioji srovė (ID)

Tamsi srovė yra nuotėkio srovė, kuri teka per fotodiodą, kai nėra šviesos. Jis gali atsirasti dėl kelių mechanizmų, įskaitant šiluminę generaciją-rekombinaciją, nešiklio difuziją, paviršiaus nuotėkį ir įrenginio defektus. Tamsi srovė paprastai didėja esant atvirkštiniam poslinkiui ir temperatūrai ir prisideda prie detektoriaus triukšmo lygio. Maža tamsos srovė yra ypač svarbi silpno apšvietimo aptikimui ir tiksliam optinės galios matavimui.

1.3.Sankryžos talpa (Cj) ir dažnių juostos plotis

Jungties talpa yra talpa, susijusi su fotodiodo jungtimi. Kartu su atsparumu apkrovai jis gali sudaryti RC žemo dažnio atsaką, kuris riboja detektoriaus pralaidumą. Mažesnė jungties talpa paprastai suteikia didesnį pralaidumą, o sankryžos talpa paprastai mažėja didėjant atvirkštiniam poslinkiui ir didėja, kai aktyvioji sritis.

Kai RC atsakas yra dominuojantis pralaidumo apribojimas, apytikslis 3 dB dažnių juostos plotis gali būti įvertintas taip:

f3dB ≈ 1 / (2π × RL × Cj)

Faktinis fotodiodo pralaidumas taip pat priklauso nuo nešiklio perdavimo laiko, serijos varžos, pakuotės parazitų ir nuskaitymo grandinės. Mažesnės aktyvios sritys ir tinkamas atvirkštinis poslinkis gali padėti pasiekti didesnį pralaidumą, tačiau optimalus dizainas priklauso nuo detektoriaus struktūros ir taikymo reikalavimų.

1.4.Aktyvios srities skersmuo

Aktyvioji sritis yra šviesai jautri fotodiodo sritis, kuri paprastai nurodoma pagal jo skersmenį. Didesnėse aktyviosiose srityse gali tilpti didesni optiniai pluoštai ir didesnis laisvos erdvės arba skirtingų spindulių išlygiavimo tolerancija, tačiau paprastai turi didesnę sankryžos talpą ir mažesnį dažnių juostos plotį. Mažesnės aktyvios sritys užtikrina mažesnę talpą ir potencialiai greitesnį atsaką, tačiau reikalauja tikslesnio optinio išlygiavimo. Optimali aktyvi sritis priklauso nuo pluošto dydžio, sujungimo būdo, optinės galios ir pralaidumo reikalavimų.

1.5.Spektrinio atsako diapazonas

Spektrinio atsako diapazonas apibrėžia bangos ilgius, per kuriuos fotodiodas suteikia naudingą fotoatsaką. Trumpojo bangos ilgio ribai įtakos turi absorbcija ir perdavimas įrenginio struktūroje, o ilgosios bangos ilgio ribą pirmiausia lemia puslaidininkio juostos tarpas. Standartiniai InGaAs fotodiodai paprastai suteikia atsaką nuo maždaug 900 nm iki 1700 nm, priklausomai nuo įrenginio struktūros ir medžiagos sudėties. Išplėstinės bangos ilgio InGaAs variantai gali išplėsti atsaką iki maždaug 2,6 µm arba daugiau, naudojant išplėstinę SWIR ir spektroskopiją.

1.6.Tiesiškumas

Fotodiodo tiesiškumas reiškia proporcingą ryšį tarp krintančios optinės galios ir išėjimo foto srovės. Geras tiesiškumas yra svarbus optiniams galios matuokliams, optiniam stebėjimui ir kiekybiniams matavimams. PIN fotodiodai gali užtikrinti labai tiesinį atsaką plačiame optinės galios diapazone, kai jie naudojami nustatytomis sąlygomis. Esant didelei optinei galiai, tiesiškumą gali apriboti serijinė varža, įtampos kritimas, sodrumas, erdvės įkrovimo efektai ir nuskaitymo grandinė. Esant mažai optinei galiai, matavimo tikslumą vis labiau veikia tamsi srovė ir bendras detektoriaus triukšmo lygis.

2. Tipinės programos

2.1.Optinės galios matavimas ir stebėjimas

Fotodiodai plačiai naudojami rankiniuose ir staliniuose optiniuose galios matuokliuose, taip pat įmontuoti optinio galios stebėjimo moduliai ryšio ir bandymo įrangoje. Optinės galios matavimui dažniausiai naudojami InGaAs fotodiodai su tinkamomis aktyviosiomis sritimis, dideliu jautrumu, maža tamsia srove ir geru tiesiškumu. Didesnės aktyvios sritys gali užtikrinti didesnį pluošto padėties ir išlygiavimo svyravimų toleranciją, o maža tamsioji srovė padeda pagerinti matavimo tikslumą esant mažam optinės galios lygiui.

2.2.Skaidulinio optinio ryšio imtuvai

Optinio ryšio imtuvuose fotodiodai moduliuotus optinius signalus paverčia elektriniais signalais, kad būtų galima vėliau apdoroti. PIN fotodiodai plačiai naudojami ten, kur reikalingas didelis greitis, tiesiškumas ir tinkamas jautrumas, o APD suteikia vidinį stiprinimą programoms, kurioms reikalingas didesnis imtuvo jautrumas. Pasirinkimas tarp PIN ir APD priklauso nuo ryšio biudžeto, duomenų perdavimo spartos, imtuvo architektūros ir išlaidų reikalavimų.

2.3.Šviesolaidinis jutimas

Paskirstytos optinio pluošto jutimo sistemos, įskaitant paskirstytą temperatūros jutimą (DTS), paskirstytą akustinį jutimą (DAS) ir Brillouin optinę laiko srities analizę (BOTDA), naudoja fotodetektorius, kad išmatuotų atgal išsklaidytus arba atspindėtus optinius signalus iš jutiklio pluošto. InGaAs fotodiodai dažniausiai naudojami sistemoms, veikiančioms maždaug 1550 nm srityje, o jautrumas, triukšmas ir dažnių juostos plotis parenkami pagal konkrečią jutimo techniką ir sistemos architektūrą.

2.4.Lazerio galios stebėjimas ir valdymas

Fotodiodai yra plačiai naudojami realaus laiko lazerio išėjimo galios stebėjimui ir grįžtamojo ryšio kontrolei. Daugelyje drugelių ir TO-CAN lazerinių paketų galima integruoti monitoriaus fotodiodą, kad būtų galima paimti dalį lazerio išvesties, įgalinant automatinį galios valdymą (APC). Išoriniai fotodiodai taip pat naudojami L-I-V testavimui, optinės galios stebėjimui, bangos ilgio nuskaitymo apibūdinimui ir kitoms lazerinio matavimo programoms. InGaAs fotodiodai puikiai tinka telekomunikacijų ir jutiklių lazerių, veikiančių jų spektrinio atsako diapazone, stebėjimui.

2.5.Infraraudonųjų spindulių spektroskopija ir analitinė įranga

NIR spektroskopijos sistemose naudojami fotodiodai, skirti aptikti šviesą, sklindančią per mėginius arba atsispindinčią nuo mėginių, kad būtų galima analizuoti cheminę sudėtį, drėgmės kiekį ir medžiagos savybes. InGaAs fotodiodai, kurių atsakas siekia 1700 nm, apima svarbias vandens, angliavandenilių ir kitų organinių junginių NIR sugerties savybes. Mažas triukšmas ir gerai apibūdintas spektrinis atsakas yra svarbūs tiksliems kiekybiniams matavimams.

2.6.Pramonės ir aplinkos jutimas

InGaAs fotodiodai gali būti naudojami optinėse jutiklių sistemose, veikiančiose artimo infraraudonųjų spindulių diapazone, įskaitant NIR TDLAS dujų aptikimą, optinį padėties jutimą ir kitas pramonines matavimo programas. TDLAS sistemose fotodiodas aptinka lazerio šviesą, sklindančią per dujų elementą, o optinio intensyvumo pokyčiai ties tikslinio sugerties bangos ilgiu analizuojami dujų koncentracijai nustatyti. Detektoriaus bangos ilgio atsakas, triukšmo charakteristikos ir dinaminis diapazonas turėtų būti parinkti pagal konkrečią jutimo architektūrą.