1. پارامترهای کلیدی عملکرد

1.1.پاسخگویی (R)

پاسخگویی نسبت جریان نوری تولید شده به توان نوری فرودی است که بر حسب A/W بیان می شود. این بستگی به طول موج، خواص مواد، بازده کوانتومی و ساختار دستگاه دارد. دیودهای نوری InGaAs معمولاً پاسخگویی بالایی در باندهای مخابراتی 1310 و 1550 نانومتری ارائه می دهند، اگرچه مقدار دقیق بسته به طراحی دستگاه و شرایط عملکرد متفاوت است. پاسخگویی بالاتر جریان نور بیشتری را برای یک ورودی اپتیکال معین تولید می کند، که می تواند حساسیت تشخیص را در زمانی که سایر منابع نویز قابل مقایسه هستند بهبود بخشد.

1.2.جریان تاریک (شناسه)

جریان تاریک جریان نشتی است که در غیاب نور فرودی از طریق دیود نوری عبور می کند. این می تواند از مکانیسم های مختلفی ناشی شود، از جمله تولید حرارتی-نوترکیبی، انتشار حامل، نشت سطحی و نقص دستگاه. جریان تاریک به طور کلی با بایاس معکوس و دما افزایش می یابد و به کف سر و صدای آشکارساز کمک می کند. جریان تاریک کم به ویژه برای تشخیص در نور کم و اندازه گیری دقیق توان نوری مهم است.

1.3.ظرفیت اتصال (Cj) و پهنای باند

ظرفیت اتصال، ظرفیتی است که با اتصال دیود نوری مرتبط است. همراه با مقاومت بار، می تواند یک پاسخ کم گذر RC را تشکیل دهد که پهنای باند آشکارساز را محدود می کند. ظرفیت اتصال کمتر به طور کلی پهنای باند بالاتری را امکان پذیر می کند، در حالی که ظرفیت اتصال معمولاً با افزایش بایاس معکوس کاهش می یابد و با ناحیه فعال افزایش می یابد.

هنگامی که پاسخ RC محدودیت پهنای باند غالب باشد، پهنای باند تقریبی 3dB را می توان به صورت زیر تخمین زد:

f3dB ≈ 1 / (2π × RL × Cj)

پهنای باند فوتودیود واقعی همچنین به زمان انتقال حامل، مقاومت سری، انگل‌های بسته و مدار بازخوانی بستگی دارد. مناطق فعال کوچکتر و بایاس معکوس مناسب می توانند به دستیابی به پهنای باند بالاتر کمک کنند، اما طراحی بهینه به ساختار آشکارساز و الزامات کاربردی بستگی دارد.

1.4.قطر منطقه فعال

ناحیه فعال ناحیه حساس به نور فوتودیود است که معمولاً با قطر آن مشخص می شود. مناطق فعال بزرگتر می توانند پرتوهای نوری بزرگتری را در خود جای دهند و تحمل هم ترازی بیشتری را برای پرتوهای فضای آزاد یا واگرا فراهم کنند، اما به طور کلی ظرفیت اتصال بالاتر و پهنای باند کمتری دارند. نواحی فعال کوچکتر ظرفیت کمتر و پاسخ بالقوه سریعتری را ارائه می دهند، اما به تراز نوری دقیق تری نیاز دارند. منطقه فعال بهینه به اندازه پرتو، روش اتصال، توان نوری و پهنای باند مورد نیاز بستگی دارد.

1.5.محدوده پاسخ طیفی

محدوده پاسخ طیفی طول موج هایی را که دیود نوری بر روی آنها پاسخ نوری مفیدی ارائه می دهد را مشخص می کند. حد طول موج کوتاه تحت تأثیر جذب و انتقال در ساختار دستگاه است، در حالی که قطع طول موج بلند عمدتاً توسط شکاف باند نیمه هادی تعیین می شود. فتودیودهای استاندارد InGaAs معمولاً بسته به ساختار دستگاه و ترکیب مواد، پاسخی از حدود 900 نانومتر تا 1700 نانومتر ارائه می دهند. انواع InGaAs با طول موج گسترده می توانند پاسخ را تا حدود 2.6 میکرومتر یا بیشتر برای کاربردهای SWIR و طیف سنجی توسعه یافته گسترش دهند.

1.6.خطی بودن

خطی بودن فتودیود به رابطه متناسب بین توان نوری برخوردی و جریان نوری خروجی اشاره دارد. خطی بودن خوب برای توان سنج های نوری، نظارت نوری و کاربردهای اندازه گیری کمی مهم است. فتودیودهای پین می توانند پاسخ خطی بسیار بالایی را در محدوده توان نوری گسترده ای ارائه دهند که در شرایط خاص خود کار کنند. در توان نوری بالا، خطی بودن را می توان با مقاومت سری، افت ولتاژ، اشباع، اثرات شارژ فضا و مدار بازخوانی محدود کرد. در توان نوری کم، دقت اندازه گیری به طور فزاینده ای تحت تأثیر جریان تاریک و کف سر و صدای آشکارساز کلی قرار می گیرد.

2. برنامه های کاربردی معمولی

2.1.اندازه گیری و مانیتورینگ توان نوری

فتودیودها به طور گسترده در قدرت سنج های اپتیکال دستی و رومیزی و همچنین ماژول های نظارت بر توان نوری داخلی در تجهیزات ارتباطی و آزمایشی استفاده می شوند. فتودیودهای InGaAs با نواحی فعال مناسب، پاسخ دهی بالا، جریان تاریک کم و خطی خوب معمولاً برای اندازه گیری توان نوری استفاده می شوند. مناطق فعال بزرگتر می توانند تحمل بیشتری را در برابر تغییرات موقعیت پرتو و تراز ایجاد کنند، در حالی که جریان تاریک کم به بهبود دقت اندازه گیری در سطوح توان نوری پایین کمک می کند.

2.2.گیرنده های ارتباطی فیبر نوری

در گیرنده های ارتباطی نوری، دیودهای نوری سیگنال های نوری مدوله شده را برای پردازش بعدی به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند. فتودیودهای پین به طور گسترده در جاهایی که سرعت بالا، خطی بودن و حساسیت کافی مورد نیاز است استفاده می شود، در حالی که APD ها برای برنامه هایی که به حساسیت گیرنده بالاتری نیاز دارند، بهره داخلی را فراهم می کنند. انتخاب بین PIN و APD به بودجه پیوند، نرخ داده، معماری گیرنده و الزامات هزینه بستگی دارد.

2.3.سنجش فیبر نوری

سیستم‌های سنجش فیبر نوری توزیع‌شده، از جمله سنجش دمای توزیع‌شده (DTS)، سنجش صوتی توزیع‌شده (DAS) و تجزیه‌وتحلیل دامنه زمان نوری بریلوین (BOTDA)، از آشکارسازهای نوری برای اندازه‌گیری سیگنال‌های نوری پس‌پراکنده یا بازتاب‌شده از فیبر حسگر استفاده می‌کنند. دیودهای نوری InGaAs معمولاً برای سیستم‌هایی که در اطراف منطقه 1550 نانومتری کار می‌کنند، با پاسخ‌دهی، نویز و پهنای باند بر اساس تکنیک سنجش خاص و معماری سیستم استفاده می‌شوند.

2.4.مانیتورینگ و کنترل توان لیزری

فتودیودها به طور گسترده برای نظارت بر توان خروجی لیزر در زمان واقعی و کنترل بازخورد استفاده می شوند. بسیاری از بسته‌های لیزر پروانه‌ای و TO-CAN می‌توانند یک فتودیود مانیتور را برای نمونه‌برداری از بخشی از خروجی لیزر ادغام کنند و امکان کنترل خودکار توان (APC) را فراهم کنند. فتودیودهای خارجی همچنین برای آزمایش L-I-V، نظارت بر توان نوری، مشخصه‌یابی اسکن طول موج و سایر کاربردهای اندازه‌گیری لیزری استفاده می‌شوند. فتودیودهای InGaAs برای نظارت بر لیزرهای مخابراتی و حسگر که در محدوده پاسخ طیفی آنها کار می کنند، مناسب هستند.

2.5.طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک و ابزارهای تحلیلی

سیستم های طیف سنجی NIR از فتودیودها برای تشخیص نور منتقل شده یا منعکس شده از نمونه ها برای تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی، محتوای رطوبت و خواص مواد استفاده می کنند. فتودیودهای InGaAs با پاسخی به طول 1700 نانومتر، ویژگی های مهم جذب NIR آب، هیدروکربن ها و سایر ترکیبات آلی را پوشش می دهند. نویز کم و پاسخ طیفی به خوبی مشخص شده برای اندازه گیری های کمی دقیق مهم هستند.

2.6.سنجش صنعتی و محیطی

دیودهای نوری InGaAs را می توان در سیستم های حسگر نوری که در محدوده نزدیک به فروسرخ کار می کنند، از جمله تشخیص گاز NIR TDLAS، سنجش موقعیت نوری و سایر کاربردهای اندازه گیری صنعتی استفاده کرد. در سیستم‌های TDLAS، فتودیود نور لیزری را که از طریق یک سلول گاز منتقل می‌شود، تشخیص می‌دهد، در حالی که تغییرات در شدت نوری در طول موج جذب هدف برای تعیین غلظت گاز مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد. پاسخ طول موج آشکارساز، عملکرد نویز و محدوده دینامیکی باید با توجه به معماری حسگر خاص انتخاب شوند.