Bài giảng Đầu thu quang điện

ĐẦU THU QUANG ĐIỆN NỘI DUNG • • • • Một số khái niệm PIN APD PMT Hiệu ứng quang điện • Đầu thu quang điện thiết bị chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện dựa tượng quang điện Đáp ứng đầu thu quang • Dòng quang điện tạo đầu thu quang tỉ lệ với công suất quang đến: R đáp ứng đầu thu quang (A/W) Hiệu suất lượng tử •- Hiệu suất lượng tử định nghĩa sau: Đáp ứng đầu thu: Đáp ứng đầu thu tăng theo bước sóng giới hạn xảy tượng quang điện - Nếu toàn quang hấp thụ chuyển sang điện năng, ta có: Thời gian đáp ứng •• Thời gian đáp ứng đại lượng để xác định tốc độ mà đầu thu đáp ứng với thay đổi dòng quang • - Thời gian đáp ứng phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố: Thời gian hạt mang điện tích dịch chuyển mạch (bao gồm thời gian dịch chuyển vùng trôi thời gian khuêch tán hạt mang điện tạo vùng trôi), gọi thời gian chuyển tiếp τtr - Hằng số thời gian RC mạch điện đầu thu τRC • Thời gian hạt dịch chuyển vùng trôi: Đối với Si, tốc độ lớn điện tử khoảng 8.4*10 cm/s cường độ điện trường 2*10 V/m Nếu độ rộng vùng trôi 10 μm thời gian dịch chuyển 0.1 ns Dòng tối • Khi ánh sáng tới, đặt vào photodiode hiệu điện ngược xuất dòng điện nhỏ gọi dòng tối: • Khi chiếu sáng, dòng toàn phần tổng dòng quang điện dòng tối: Diode thu quang pin • Diode thu quang p-i-n thông thường có cấu trúc gồm lớp bán dẫn p lớp bán dẫn n, lớp bán dẫn p-n lớp i Lớp i thường bán dẫn hoặc bán dẫn pha tạp có độ dày nhiều so với hai lớp p n Vùng lớp I gọi vùng trôi • Độ rộng vùng nghèo w tối ưu phụ thuộc vào việc cân đối tốc độ đáp ứng độ nhạy photodiode Với bán dẫn có dải cấm không trực tiếp Si hay Ge, giá trị w nằm khoảng 20 – 50 μm có hiệu suất lượng tử hợp lý Vì vậy, thời gian đáp ứng bị hạn chế thời gian chuyển tiếp tương đối lớn (>200 ps) Ngược lại, với bán dẫn có dải cấm trực tiếp InGaAs, w nhỏ cỡ - μm mà đảm bảo hiệu suất lượng tử, thời gian chuyển tiếp photodiode loại cỡ 10 ps APD - APD đầu thu quang điện dựa tượng thác lũ - So với cấu trúc pin, APD có thêm lớp p có điện trở suất cao Vùng p gọi vùng nhân APD có đáp ứng tỉ lệ tín hiệu nhiễu lớn nhiều loại photodiode tượng khuếch đại nội Hiệu ứng thác lũ - Phương trình tốc độ: αe, αh gọi tốc độ ion hóa điện tử lỗ trống gây Nếu điện trường vùng nhân đồng chúng số - Hệ số nhân: KA = αh/ αe - APD tốt trường hợp αe>> αh αe[...]...Hiệu ứng thác lũ - Phương trình tốc độ: αe, αh được gọi là tốc độ ion hóa do điện tử và lỗ trống gây ra Nếu điện trường trong vùng nhân là đồng nhất thì chúng là hằng số - Hệ số nhân: KA = αh/ αe - APD sẽ tốt hơn trong các trường hợp αe>> αh hoặc αe