1. พารามิเตอร์ประสิทธิภาพหลัก

1.1.การตอบสนอง (R)

การตอบสนองคืออัตราส่วนของโฟโตปัจจุบันที่สร้างขึ้นต่อพลังงานแสงที่ตกกระทบ ซึ่งแสดงเป็น A/W ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น คุณสมบัติของวัสดุ ประสิทธิภาพควอนตัม และโครงสร้างอุปกรณ์ โดยทั่วไปโฟโตไดโอด InGaAs ให้การตอบสนองสูงในย่านความถี่โทรคมนาคม 1310 นาโนเมตรและ 1550 นาโนเมตร แม้ว่าค่าที่แน่นอนจะแตกต่างกันไปตามการออกแบบอุปกรณ์และสภาพการใช้งาน การตอบสนองที่สูงขึ้นจะสร้างโฟโตปัจจุบันมากขึ้นสำหรับอินพุตแบบออปติคอลที่กำหนด ซึ่งสามารถปรับปรุงความไวในการตรวจจับได้เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนอื่นๆ ยังคงเทียบเคียงได้

1.2.กระแสมืด (Id)

กระแสมืดคือกระแสรั่วไหลที่ไหลผ่านโฟโตไดโอดในกรณีที่ไม่มีแสงตกกระทบ มันสามารถเกิดขึ้นได้จากกลไกหลายประการ รวมถึงการสร้างความร้อน-การรวมตัวใหม่ การแพร่กระจายของพาหะ การรั่วไหลของพื้นผิว และข้อบกพร่องของอุปกรณ์ โดยทั่วไปกระแสมืดจะเพิ่มขึ้นตามอคติย้อนกลับและอุณหภูมิ และมีส่วนทำให้เกิดเสียงรบกวนของเครื่องตรวจจับ กระแสไฟมืดต่ำมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับในที่แสงน้อยและการวัดกำลังแสงที่แม่นยำ

1.3.ความจุทางแยก (Cj) และแบนด์วิดท์

ความจุทางแยกคือความจุที่เกี่ยวข้องกับทางแยกโฟโตไดโอด เมื่อใช้ร่วมกับความต้านทานโหลด จะสามารถสร้างการตอบสนอง RC low-pass ที่จำกัดแบนด์วิดท์ของเครื่องตรวจจับได้ โดยทั่วไปความจุของจุดแยกที่ต่ำกว่าจะทำให้มีแบนด์วิธสูงขึ้น ในขณะที่ความจุของจุดแยกมักจะลดลงตามการเพิ่มไบแอสย้อนกลับและเพิ่มขึ้นตามพื้นที่แอคทีฟ

เมื่อการตอบสนองของ RC เป็นข้อจำกัดแบนด์วิดธ์หลัก แบนด์วิดท์โดยประมาณ 3dB สามารถประมาณได้ดังนี้:

f3dB data 1 / (2π × RL × Cj)

แบนด์วิธโฟโตไดโอดที่แท้จริงยังขึ้นอยู่กับเวลาการขนส่งของผู้ให้บริการ ความต้านทานอนุกรม ปรสิตของแพ็คเกจ และวงจรการอ่านข้อมูล พื้นที่ใช้งานขนาดเล็กและอคติย้อนกลับที่เหมาะสมสามารถช่วยให้ได้รับแบนด์วิธที่สูงขึ้น แต่การออกแบบที่เหมาะสมที่สุดนั้นขึ้นอยู่กับโครงสร้างของตัวตรวจจับและข้อกำหนดในการใช้งาน

1.4.เส้นผ่านศูนย์กลางพื้นที่ใช้งาน

พื้นที่แอคทีฟคือบริเวณที่ไวต่อแสงของโฟโตไดโอด ซึ่งโดยทั่วไปจะระบุตามเส้นผ่านศูนย์กลางของมัน พื้นที่แอคทีฟขนาดใหญ่สามารถรองรับลำแสงออพติคอลขนาดใหญ่และให้ความทนทานต่อการจัดตำแหน่งที่มากขึ้นสำหรับพื้นที่ว่างหรือลำแสงที่แตกต่างกัน แต่โดยทั่วไปจะมีความจุทางแยกที่สูงกว่าและแบนด์วิธที่ต่ำกว่า พื้นที่แอคทีฟที่เล็กลงจะทำให้ความจุลดลงและอาจตอบสนองเร็วขึ้น แต่ต้องมีการจัดแนวออปติคัลที่แม่นยำยิ่งขึ้น พื้นที่ใช้งานที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับขนาดลำแสง วิธีการเชื่อมต่อ กำลังแสง และความต้องการแบนด์วิธ

1.5.ช่วงการตอบสนองสเปกตรัม

ช่วงการตอบสนองทางสเปกตรัมจะกำหนดความยาวคลื่นที่โฟโตไดโอดให้การตอบสนองต่อแสงที่เป็นประโยชน์ ขีดจำกัดความยาวคลื่นสั้นได้รับอิทธิพลจากการดูดซับและการส่งผ่านในโครงสร้างอุปกรณ์ ในขณะที่ค่าตัดความยาวคลื่นยาวถูกกำหนดโดยแถบความถี่ของเซมิคอนดักเตอร์เป็นหลัก โฟโตไดโอดมาตรฐาน InGaAs โดยทั่วไปให้การตอบสนองตั้งแต่ประมาณ 900 นาโนเมตรถึง 1700 นาโนเมตร ขึ้นอยู่กับโครงสร้างอุปกรณ์และองค์ประกอบของวัสดุ ตัวแปร InGaAs ที่มีความยาวคลื่นขยายสามารถขยายการตอบสนองได้ประมาณ 2.6µm หรือมากกว่านั้นสำหรับการใช้งาน Extended-SWIR และสเปกโทรสโกปี

1.6.ความเป็นเชิงเส้น

ความเป็นเส้นตรงของโฟโตไดโอดหมายถึงความสัมพันธ์ตามสัดส่วนระหว่างพลังงานแสงที่ตกกระทบและโฟโตปัจจุบันของเอาท์พุต ความเป็นเส้นตรงที่ดีเป็นสิ่งสำคัญสำหรับมิเตอร์กำลังแบบออปติคัล การตรวจสอบด้วยแสง และการใช้งานการวัดเชิงปริมาณ โฟโตไดโอด PIN สามารถให้การตอบสนองเชิงเส้นสูงในช่วงพลังงานแสงที่กว้างเมื่อทำงานภายในสภาวะที่กำหนด ที่พลังงานแสงสูง ความเป็นเชิงเส้นอาจถูกจำกัดด้วยความต้านทานอนุกรม แรงดันตกคร่อม ความอิ่มตัว เอฟเฟกต์ประจุอวกาศ และวงจรการอ่านข้อมูล เมื่อใช้พลังงานแสงต่ำ ความแม่นยำในการวัดจะได้รับผลกระทบมากขึ้นจากกระแสมืดและเสียงรบกวนโดยรวมของเครื่องตรวจจับ

2. การใช้งานทั่วไป

2.1.การวัดและตรวจสอบพลังงานแสง

โฟโตไดโอดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในมิเตอร์พลังงานแสงแบบมือถือและแบบตั้งโต๊ะ รวมถึงโมดูลตรวจสอบพลังงานแสงแบบบิวท์อินในอุปกรณ์สื่อสารและทดสอบ โฟโตไดโอด InGaAs ที่มีพื้นที่แอคทีฟที่เหมาะสม การตอบสนองสูง กระแสมืดต่ำ และความเป็นเส้นตรงที่ดี มักใช้สำหรับการวัดกำลังแสง พื้นที่ใช้งานที่ใหญ่ขึ้นสามารถให้ความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งลำแสงและการจัดตำแหน่งได้ดีขึ้น ในขณะที่กระแสไฟฟ้ามืดต่ำจะช่วยปรับปรุงความแม่นยำในการวัดที่ระดับพลังงานแสงต่ำ

2.2.เครื่องรับการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก

ในเครื่องรับการสื่อสารด้วยแสง โฟโตไดโอดจะแปลงสัญญาณแสงแบบมอดูเลตเป็นสัญญาณไฟฟ้าสำหรับการประมวลผลในภายหลัง โฟโตไดโอด PIN ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเมื่อต้องใช้ความเร็วสูง ความเป็นเส้นตรง และความไวที่เพียงพอ ในขณะที่ APD ให้อัตราขยายภายในสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความไวของตัวรับสัญญาณที่สูงขึ้น ตัวเลือกระหว่าง PIN และ APD ขึ้นอยู่กับงบประมาณลิงก์ อัตราข้อมูล สถาปัตยกรรมตัวรับ และข้อกำหนดด้านต้นทุน

2.3.การตรวจจับไฟเบอร์ออปติก

ระบบการตรวจจับไฟเบอร์ออปติกแบบกระจาย รวมถึงการตรวจจับอุณหภูมิแบบกระจาย (DTS), การตรวจจับเสียงแบบกระจาย (DAS) และการวิเคราะห์โดเมนเวลาแบบออปติคัล Brillouin (BOTDA) ใช้เครื่องตรวจจับแสงเพื่อวัดสัญญาณแสงที่กระเจิงกลับหรือสะท้อนจากไฟเบอร์ตรวจจับ โฟโตไดโอด InGaAs มักใช้สำหรับระบบที่ทำงานรอบๆ ภูมิภาค 1550 นาโนเมตร โดยเลือกการตอบสนอง สัญญาณรบกวน และแบนด์วิดท์ตามเทคนิคการตรวจจับเฉพาะและสถาปัตยกรรมระบบ

2.4.การตรวจสอบและควบคุมพลังงานเลเซอร์

โฟโตไดโอดใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการตรวจสอบกำลังเอาต์พุตเลเซอร์แบบเรียลไทม์และการควบคุมป้อนกลับ แพ็คเกจเลเซอร์ผีเสื้อและ TO-CAN จำนวนมากสามารถรวมโฟโตไดโอดของจอภาพเพื่อสุ่มตัวอย่างส่วนหนึ่งของเอาท์พุตเลเซอร์ ทำให้สามารถควบคุมพลังงานอัตโนมัติ (APC) ได้ โฟโตไดโอดภายนอกยังใช้สำหรับการทดสอบ L-I-V, การตรวจสอบกำลังแสง, การระบุลักษณะเฉพาะของการสแกนความยาวคลื่น และการใช้งานการวัดด้วยเลเซอร์อื่นๆ โฟโตไดโอด InGaAs เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบโทรคมนาคมและเลเซอร์ตรวจจับที่ทำงานภายในช่วงการตอบสนองทางสเปกตรัม

2.5.สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดและเครื่องมือวิเคราะห์

ระบบสเปกโทรสโกปีของ NIR ใช้โฟโตไดโอดเพื่อตรวจจับแสงที่ส่งผ่านหรือสะท้อนจากตัวอย่างเพื่อการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี ปริมาณความชื้น และคุณสมบัติของวัสดุ โฟโตไดโอด InGaAs ที่มีการตอบสนองขยายไปถึง 1,700 นาโนเมตร ครอบคลุมคุณสมบัติการดูดซับ NIR ที่สำคัญของน้ำ ไฮโดรคาร์บอน และสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ สัญญาณรบกวนต่ำและการตอบสนองทางสเปกตรัมที่โดดเด่นเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวัดเชิงปริมาณที่แม่นยำ

2.6.การตรวจจับทางอุตสาหกรรมและสิ่งแวดล้อม

โฟโตไดโอด InGaAs สามารถใช้ในระบบการตรวจจับด้วยแสงที่ทำงานภายในช่วงอินฟราเรดใกล้ รวมถึงการตรวจจับก๊าซ NIR TDLAS การตรวจจับตำแหน่งด้วยแสง และการใช้งานการวัดทางอุตสาหกรรมอื่นๆ ในระบบ TDLAS โฟโตไดโอดจะตรวจจับแสงเลเซอร์ที่ส่งผ่านเซลล์ก๊าซ ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงของความเข้มของแสงที่ความยาวคลื่นการดูดกลืนแสงเป้าหมายจะถูกวิเคราะห์เพื่อกำหนดความเข้มข้นของก๊าซ ควรเลือกการตอบสนองความยาวคลื่นของเครื่องตรวจจับ ประสิทธิภาพสัญญาณรบกวน และช่วงไดนามิกตามสถาปัตยกรรมการตรวจจับเฉพาะ