ra một dòng điện ở mạch bên ngoài. Trong photodiode PIN, vùng suy yếu đã được mở rộng đến mức có thể. Một lớp chất được bơm thêm vào với tỈ trọng thấp tạo nhiễu chất loại P và Ñ. Trong thời gian không có ánh sáng, các
photodiode PIN biểu hiện về mặt điện như là bộ diode chỉnh lưu thông thường.
Nếu thiên áp thuận, chúng tạo thành dòng rất lớn. Điện áp đóng mạch thuận liên quan với lỗ hở năng lượng của bộ phát hiện. Với silic, lỗ hở năng lượng này gần 1,1 eV (electron Volt). Với InGaAs, lỗ hở năng lượng là 0,77 eV và với germanium lỗ hở năng lượng khoảng 0,65 eV.
Bộ phát hiện PIN có hai cách hoạt động : photovoltaic và photoconductive. Mode photovoltaic, ứng dụng không có thiên áp cho bộ phát hiện, làm bộ phát hiện hoạt động chậm. Điện áp ngõ ra của bộ phát hiện gần giống với log của mức ánh sáng ngõ vào. Tuy nhiên, máy thu quang thực tế không bao giờ sử dụng mode photovoltaic. Mode photoconductive, ứng dụng thiên áp ngược, cung cấp ngõ ra tuyến tính cao theo công suất quang ngõ vào. Các bộ phát hiện PIN có thể tuyến tính trên bảy decade hoặc hơn của cường độ ánh sáng ngõ vào.
5.12.
5.13.
Các Thiết Bị Chuyển Đổi Quang-Điện Và Điện-Quang
Photodiode thác lũ APD (Avalanche Photodiode) :
Trong các APD, hạt mang sơ cấp là các electron tự do và lỗ trống được tạo ra bởi hấp thu các hạt photon, gia tốc, tạo độ lợi động năng vài electron VOÌI. Một sự va chạm của các hạt mang nhanh này với các nguyên tử trung hòa gây ra gia tốc mang để dùng chính năng lượng của chúng giúp các electron phá vỡ lớp hóa trị, làm tăng các cặp electron tự do-lỗ trống, được gọi là các hạt mang thứ cấp. Quá trình tạo ra các hạt mang thứ cấp, được gọi là sự va chạm ion hóa. Như các hạt mang sơ cấp tạo ra các hạt mang thứ cấp, các hạt mang thứ cấp tự chúng tạo ra các hạt mang mới và gia tốc, một quá trình chung được biết đến như là nhân quang (photomultiplHication).
Độ lợi vốn có được cung cấp bởi các APD làm đơn giản các chuỗi khuếch đại điện tích. Tuy nhiên, các APD yêu cầu cung cấp nguồn điện áp cao cho hoạt
động của chúng, trong khoảng từ 30 hoặc 70 Volt cho các InGaAs APD đến hơn 300 Volt cho các S¡ APD. Điều này cộng với yêu câu cho sự bù nhiệt độ, cộng với mạch phức tạp. Do độ tuyến tính thấp, các APD được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống số. Mạch điện phức tạp và điện áp hoạt động cao làm cho các APD ít được tin cậy hơn các bộ phát hiện PIN, vì vậy các bộ phát hiện PIN là sự lựa
chọn đâu tiên cho hầu hết các hệ thống được triển khai có tốc độ thấp và các
ứng dụng chặng ngắn (short-haul). Tuy nhiên, ở tốc độ dữ liệu nhiều gigabit
hoặc các ứng dụng chặng dài (long-haul), các APD là sự lựa chọn tốt nhất. So sánh giữa photodiode PIN và APD :
Cũng như với các bộ phát quang, phải quyết định bao nhiêu bộ phát hiện ghép với sợi quang. Các nhà sản xuất đóng gói các bộ phát hiện và các bộ phát quang cùng một cách, sử dụng các thiết bị vi thấu kính hoặc quấn cuộn thiết bị tới chiều dài ngắn của sợi. Bảng 5.1 đưa ra sự sO sánh của photodiode PIN và APD.
Thông số Photodiode PIN APD
Các vật liệu cấu trúc Silic, Germanium, Silic, Germanium,
InGaAs InGaAs
Băng thông 0 đến hơn 40 GHz 0 đến hơn 40 GHz
Bước sóng 0,6 đến 1,8 im 0,6 đến 1,8 um
Hiệu suất chuyển 0,5 đến 1 Amp/Watt 0,5 đến 100 Amp/Watt
đổi
Mạch hỗ trợ Không Điện áp cao và sự bù nhiệt độ
Giá thành 1 đến 500 USD 100 đến 2000 USD