1. Peamised jõudlusparameetrid

1.1.Vastupidavus (R)

Vastupidavus on genereeritud fotovoolu ja langeva optilise võimsuse suhe, väljendatuna A/W-des. See sõltub lainepikkusest, materjali omadustest, kvantefektiivsusest ja seadme struktuurist. InGaAs fotodioodid pakuvad tavaliselt suurt tundlikkust 1310 nm ja 1550 nm telekommunikatsiooniribades, kuigi täpne väärtus sõltub seadme konstruktsioonist ja töötingimustest. Suurem tundlikkus tekitab antud optilise sisendi jaoks rohkem fotovoolu, mis võib parandada tuvastamise tundlikkust, kui muud müraallikad on võrreldavad.

1.2.Tume vool (ID)

Tume vool on lekkevool, mis langeva valguse puudumisel läbib fotodioodi. See võib tuleneda mitmest mehhanismist, sealhulgas termiline genereerimine-rekombinatsioon, kandja difusioon, pinnalekke ja seadme defektid. Tume vool üldiselt suureneb koos vastupidise nihke ja temperatuuriga ning aitab kaasa detektori müratasemele. Madal tumevool on eriti oluline vähese valguse tuvastamiseks ja optilise võimsuse täppismõõtmiseks.

1.3.Ühenduse mahtuvus (Cj) ja ribalaius

Ühenduse mahtuvus on fotodioodide ristmikuga seotud mahtuvus. Koos koormustakistusega võib see moodustada RC madalpääsreaktsiooni, mis piirab detektori ribalaiust. Madalam ristmiku mahtuvus võimaldab üldiselt suuremat ribalaiust, samas kui ristmiku mahtuvus tavaliselt väheneb vastupidise eelpinge suurenemisega ja suureneb aktiivse alaga.

Kui RC-vastus on domineeriv ribalaiuse piirang, võib ligikaudset 3 dB ribalaiust hinnata järgmiselt:

f3dB ≈ 1 / (2π × RL × Cj)

Fotodioodi tegelik ribalaius sõltub ka kandja transiidiajast, jadatakistusest, pakendi parasiitidest ja lugemisahelast. Väiksemad aktiivsed alad ja sobiv pöördnihe võivad aidata saavutada suuremat ribalaiust, kuid optimaalne disain sõltub detektori struktuurist ja rakenduse nõuetest.

1.4.Aktiivse ala läbimõõt

Aktiivne ala on fotodioodi valgustundlik piirkond, mida tavaliselt määrab selle läbimõõt. Suuremad aktiivsed alad mahutavad suuremaid optilisi kiiri ja tagavad suurema joondustolerantsi vaba ruumi või lahknevate kiirte jaoks, kuid neil on üldiselt suurem ristmiku mahtuvus ja väiksem ribalaius. Väiksemad aktiivsed alad tagavad väiksema mahtuvuse ja potentsiaalselt kiirema reaktsiooni, kuid nõuavad täpsemat optilist joondamist. Optimaalne aktiivne ala sõltub kiire suurusest, sidestusmeetodist, optilisest võimsusest ja ribalaiuse nõuetest.

1.5.Spektrivastuse ulatus

Spektraalvastuse vahemik määrab lainepikkused, mille üle fotodiood annab kasuliku fotoreaktsiooni. Lühikese lainepikkuse piiri mõjutab seadme struktuuris neeldumine ja ülekanne, samas kui pika lainepikkuse piiri määrab peamiselt pooljuhtide ribalaius. Standardsed InGaAs fotodioodid pakuvad tavaliselt vastust vahemikus umbes 900 nm kuni 1700 nm, sõltuvalt seadme struktuurist ja materjali koostisest. Laiendatud lainepikkusega InGaAs variandid võivad pikendatud SWIR-i ja spektroskoopia rakenduste puhul pikendada reageeringut ligikaudu 2,6 µm-ni või rohkem.

1.6.Lineaarsus

Fotodioodi lineaarsus viitab proportsionaalsele suhtele langeva optilise võimsuse ja väljundi fotovoolu vahel. Hea lineaarsus on oluline optiliste võimsusmõõturite, optilise seire ja kvantitatiivsete mõõtmisrakenduste jaoks. PIN-fotodioodid võivad pakkuda väga lineaarset vastust laias optilise võimsuse vahemikus, kui neid kasutatakse nende määratud tingimustes. Suure optilise võimsuse korral saab lineaarsust piirata jadatakistuse, pingelanguse, küllastuse, ruumilaengu efektide ja lugemisahelaga. Madala optilise võimsuse korral mõjutavad mõõtmistäpsust üha enam tumevool ja detektori üldine müra alampiir.

2. Tüüpilised rakendused

2.1.Optilise võimsuse mõõtmine ja jälgimine

Fotodioode kasutatakse laialdaselt pihu- ja lauaarvuti optilistes võimsusmõõturites, samuti sisseehitatud optilise võimsuse jälgimismooduleid side- ja katseseadmetes. Tavaliselt kasutatakse optilise võimsuse mõõtmiseks sobivate aktiivsete alade, kõrge tundlikkuse, madala tumevoolu ja hea lineaarsusega InGaAs fotodioode. Suuremad aktiivsed alad võivad anda suurema tolerantsi kiire asukoha ja joonduse kõikumiste suhtes, samas kui madal tumevool aitab parandada mõõtmise täpsust madala optilise võimsuse korral.

2.2.Fiiberoptilised sidevastuvõtjad

Optilistes sidevastuvõtjates teisendavad fotodioodid moduleeritud optilised signaalid elektrilisteks signaalideks, et neid hiljem töödelda. PIN-fotodioode kasutatakse laialdaselt seal, kus on vaja suurt kiirust, lineaarsust ja piisavat tundlikkust, samas kui APD-d pakuvad sisemist võimendust rakenduste jaoks, mis nõuavad suuremat vastuvõtja tundlikkust. Valik PIN-koodi ja APD vahel sõltub lingi eelarvest, andmeedastuskiirusest, vastuvõtja arhitektuurist ja kulunõuetest.

2.3.Fiber-Optic Sensing

Hajutatud kiudoptilised andursüsteemid, sealhulgas hajutatud temperatuuriandur (DTS), hajutatud akustiline andur (DAS) ja Brillouini optiline ajadomeeni analüüs (BOTDA), kasutavad fotodetektoreid, et mõõta sensorkiust tagasihajutatud või peegeldunud optilisi signaale. InGaAs fotodioode kasutatakse tavaliselt süsteemides, mis töötavad umbes 1550 nm piirkonnas, mille tundlikkus, müra ja ribalaius valitakse vastavalt konkreetsele tuvastustehnikale ja süsteemi arhitektuurile.

2.4.Laseri võimsuse jälgimine ja juhtimine

Fotodioode kasutatakse laialdaselt laseri väljundvõimsuse reaalajas jälgimiseks ja tagasiside juhtimiseks. Paljud liblika- ja TO-CAN-laserpaketid võivad integreerida monitori fotodioodi, et võtta osa laserväljundist, võimaldades automaatset võimsuse juhtimist (APC). Väliseid fotodioode kasutatakse ka L-I-V testimiseks, optilise võimsuse jälgimiseks, lainepikkuse skaneerimise iseloomustamiseks ja muudeks lasermõõtmisrakendusteks. InGaAs fotodioodid sobivad hästi nende spektraalreaktsioonivahemikus töötavate telekommunikatsiooni- ja sensorlaserite jälgimiseks.

2.5.Lähis-infrapuna spektroskoopia ja analüütilised seadmed

NIR-spektroskoopiasüsteemid kasutavad fotodioode, et tuvastada läbi proovide läbinud või sealt peegeldunud valgust keemilise koostise, niiskusesisalduse ja materjali omaduste analüüsimiseks. InGaAs fotodioodid, mille reaktsioon ulatub 1700 nm-ni, katavad vee, süsivesinike ja muude orgaaniliste ühendite olulisi NIR-i neeldumisomadusi. Täpse kvantitatiivse mõõtmise jaoks on oluline madal müratase ja hästi iseloomustatud spektraalne tundlikkus.

2.6.Tööstuslik ja keskkonnaseire

InGaAs fotodioode saab kasutada lähiinfrapuna-alas töötavates optilistes andurisüsteemides, sealhulgas NIR TDLAS gaasituvastuses, optilises asendituvastuses ja muudes tööstuslikes mõõtmisrakendustes. TDLAS-süsteemides tuvastab fotodiood gaasielemendi kaudu edastatava laservalguse, samal ajal kui gaasi kontsentratsiooni määramiseks analüüsitakse optilise intensiivsuse muutusi neeldumise sihtlainepikkusel. Detektori lainepikkuse reaktsioon, müra jõudlus ja dünaamiline ulatus tuleks valida vastavalt konkreetsele anduri arhitektuurile.