/ mN Nd sin si n
4.5.3Mảng photodiot
c) Photodiot nhanh
4.5.3Mảng photodiot
Nhiều photodiot nhỏ có thể được ghép lại trên một con chip duy nhất, tạo thành mảng photodiot. Nếu tất cả điot được sắp xếp trên một được ta có mảng điot một chiều, gồm tới 2048 điot. Với một điot rộng b = 15μm và khoảng không giữa hai điot d = 10μm, chiều dài mảng L của 1024 điot trở thành 25mm với độ cao khoảng 40μm [4.119].
Nguyên tắc cơ bản và sơ đồ điện được biểu diễn trong hình 4.100. Một điện áp lệch ngoài U0 được áp dụng vào điot p-n với diện tích nhạy A và điện dung trong CS. Dưới ánh sáng chiếu với cường độ I dòng quang điện iph = ηAI , mà chồng chất với dòng tối iD, sự phóng điện điện dung điot CS trong suốt thời gian chiếu ΔT bởi
t T D S t Q i AI dt C U (4.142)
Mỗi photodiot được kết nối bởi bộ chuyển đổi MOS đa hợp cho băng điện áp và được nạp cho điện áp lệch ban đầu của nó U0. Xung nạp ΔU = ΔQ/CS đước gửi vào một băng video được kết nối với tất cả các ddienot. Theo (4.142), những xung này là một phép đo cho năng lượng bức xạ tới AIdt. nếu dòng tối iD được trừ đi và hiệu suất lượng tử được biết.
Thời gian tích phân cực đại ΔT được giới hạn bỏi dòng tối, mà cũng giới hạn tỉ lệ tín hiệu-nhiễu đạt được. Tại nhiệt độ phòng thời gian tích phân là trong phạm vi ms. Làm mát của mảng điot bởi làm mát Peltier tới 40oC làm giảm mạnh dòng tối và cho thời gian tích phân 1-100s. Công suất thu bức xạ tới cực tiểu được xác định bởi xung điện áp cực đại ΔU
Hình 4.100a,b. Sơ đồ cấu trúc của điot đơn trong mảng (a) và sơ đồ mạch điện của
mảng điot một chiều (b)
bắt đầu
điện trở thay đổi
silicon n
đồng bộ
hóa
mà có thể được đánh dấu an toàn từ xung nhiễu. Do đó độ nhạn thu tăng với sự giảm của nhiệt độ bởi vì có thể trong sự tăng thời gian tích phân. Tại nhiệt độ phòng giới hạn độ nhạy khoảng 500 photon trên giây và điot.
Nếu một mảng điot thẳng với N điot và một chiều dài L = N(b+d) được đặt trong mặt phẳng quan sát của một quang phổ kế (hình 4.1), khoảng phổ
d L dx
mà có thể được thu đồng thời, phụ thuộc vào độ tán sắc dài dx/dλ của quang phổ kế. Khoảng phổ phân giải nhỏ nhất
d b dx
được giới hạn bở độ rộng b của điot. Như một hệ quang phổ kế cộng với mảng điot được gọi là bộ phân tích đa kênh quang học (OMA) hoặc một bộ phân tích phổ quang học (OSA) [4.119, 4.120].
Ví dụ 4.25
b+d = 25μm, L = 25mm, dλ/dx = 5nm/mm δλ = 125 nm, Δλ = 0,125 nm.
Các điot có thể được sắp xếp trong mảng hai chiều, mà cho phép máy thu phân bố cường độ hai chiều. Ví dụ, Đây là quan trọng cho quan sát phân bố của các nguyên tử phát ánh sáng trong sự phóng khí hoặc ngọn lửa (Tập 2. mục 10.4) hoặc của vân vòng sau giao thoa kế Fabry-Perot.