1. 주요 성능 매개변수

1.1.반응성(R)

응답성은 생성된 광전류 대 입사 광전력의 비율이며 A/W로 표시됩니다. 이는 파장, 재료 특성, 양자 효율 및 장치 구조에 따라 달라집니다. InGaAs 포토다이오드는 일반적으로 1310nm 및 1550nm 통신 대역에서 높은 응답성을 제공하지만 정확한 값은 장치 설계 및 작동 조건에 따라 다릅니다. 응답성이 높을수록 주어진 광 입력에 대해 더 많은 광전류가 생성되므로 다른 노이즈 소스가 비교 가능할 때 감지 감도가 향상될 수 있습니다.

1.2.암전류(Id)

암흑전류는 입사광이 없을 때 포토다이오드를 통해 흐르는 누설 전류입니다. 이는 열 생성-재결합, 캐리어 확산, 표면 누출 및 장치 결함을 포함한 여러 메커니즘에서 발생할 수 있습니다. 암전류는 일반적으로 역방향 바이어스 및 온도에 따라 증가하고 감지기 노이즈 플로어의 원인이 됩니다. 낮은 암전류는 저조도 감지 및 정밀 광전력 측정에 특히 중요합니다.

1.3.접합 용량(Cj) 및 대역폭

접합 용량은 포토다이오드 접합과 관련된 용량입니다. 부하 저항과 함께 검출기 대역폭을 제한하는 RC 저역 통과 응답을 형성할 수 있습니다. 낮은 접합 커패시턴스는 일반적으로 더 높은 대역폭을 가능하게 하는 반면, 접합 커패시턴스는 일반적으로 역방향 바이어스가 증가하면 감소하고 활성 영역이 증가하면 증가합니다.

RC 응답이 주요 대역폭 제한인 경우 대략 3dB 대역폭은 다음과 같이 추정할 수 있습니다.

f3dB ≒ 1 / (2π × RL × Cj)

실제 포토다이오드 대역폭은 캐리어 전송 시간, 직렬 저항, 패키지 기생 및 판독 회로에 따라 달라집니다. 더 작은 활성 영역과 적절한 역 바이어스는 더 높은 대역폭을 달성하는 데 도움이 될 수 있지만 최적의 설계는 검출기 구조 및 애플리케이션 요구 사항에 따라 달라집니다.

1.4.활성 영역 직경

활성 영역은 포토다이오드의 감광성 영역으로, 일반적으로 직경으로 지정됩니다. 활성 영역이 클수록 더 큰 광학 빔을 수용할 수 있고 자유 공간 또는 발산 빔에 대해 더 큰 정렬 허용 오차를 제공할 수 있지만 일반적으로 접합 용량이 더 높고 대역폭이 더 낮습니다. 활성 영역이 작을수록 커패시턴스가 낮아지고 응답 속도가 빨라질 수 있지만 보다 정밀한 광학 정렬이 필요합니다. 최적의 활성 영역은 빔 크기, 결합 방법, 광 출력 및 대역폭 요구 사항에 따라 달라집니다.

1.5.스펙트럼 응답 범위

스펙트럼 응답 범위는 포토다이오드가 유용한 광응답을 제공하는 파장을 정의합니다. 단파장 한계는 장치 구조의 흡수 및 투과에 의해 영향을 받는 반면, 장파장 차단은 주로 반도체 밴드갭에 의해 결정됩니다. 표준 InGaAs 포토다이오드는 일반적으로 장치 구조 및 재료 구성에 따라 약 900nm ~ 1700nm의 응답을 제공합니다. 확장된 파장 InGaAs 변형은 확장된 SWIR 및 분광학 응용 분야에 대해 응답을 약 2.6μm 이상으로 확장할 수 있습니다.

1.6.선형성

포토다이오드 선형성은 입사 광전력과 출력 광전류 사이의 비례 관계를 나타냅니다. 광학 파워 미터, 광학 모니터링 및 정량 측정 응용 분야에서는 우수한 선형성이 중요합니다. PIN 포토다이오드는 지정된 조건 내에서 작동할 때 넓은 광 출력 범위에 걸쳐 매우 선형적인 응답을 제공할 수 있습니다. 높은 광 출력에서는 직렬 저항, 전압 강하, 포화, 공간 전하 효과 및 판독 회로에 의해 선형성이 제한될 수 있습니다. 낮은 광전력에서 측정 정확도는 암전류와 전반적인 검출기 노이즈 플로어의 영향을 점점 더 많이 받습니다.

2. 일반적인 응용 분야

2.1.광 파워 측정 및 모니터링

포토다이오드는 휴대용 및 벤치탑 광 파워 미터뿐만 아니라 통신 및 테스트 장비에 내장된 광 파워 모니터링 모듈에도 널리 사용됩니다. 적절한 활성 영역, 높은 응답성, 낮은 암전류 및 우수한 선형성을 갖춘 InGaAs 포토다이오드는 일반적으로 광 전력 측정에 사용됩니다. 활성 영역이 클수록 빔 위치 및 정렬 변화에 대한 허용 오차가 더 커질 수 있으며, 낮은 암전류는 낮은 광 출력 수준에서 측정 정확도를 향상시키는 데 도움이 됩니다.

2.2.광섬유 통신 수신기

광통신 수신기에서 포토다이오드는 후속 처리를 위해 변조된 광 신호를 전기 신호로 변환합니다. PIN 광다이오드는 고속, 선형성 및 적절한 감도가 필요한 곳에 널리 사용되는 반면, APD는 더 높은 수신기 감도가 필요한 애플리케이션에 내부 이득을 제공합니다. PIN과 APD 사이의 선택은 링크 예산, 데이터 속도, 수신기 아키텍처 및 비용 요구 사항에 따라 달라집니다.

2.3.광섬유 감지

분산 온도 감지(DTS), 분산 음향 감지(DAS) 및 Brillouin 광학 시간 영역 분석(BOTDA)을 포함한 분산 광섬유 감지 시스템은 광검출기를 사용하여 감지 광섬유에서 후방 산란되거나 반사된 광학 신호를 측정합니다. InGaAs 포토다이오드는 일반적으로 1550nm 영역에서 작동하는 시스템에 사용되며 특정 감지 기술 및 시스템 아키텍처에 따라 응답성, 잡음 및 대역폭이 선택됩니다.

2.4.레이저 출력 모니터링 및 제어

포토다이오드는 실시간 레이저 출력 전력 모니터링 및 피드백 제어에 널리 사용됩니다. 많은 Butterfly 및 TO-CAN 레이저 패키지는 모니터 포토다이오드를 통합하여 레이저 출력의 일부를 샘플링하여 자동 전력 제어(APC)를 가능하게 합니다. 외부 포토다이오드는 L-I-V 테스트, 광 출력 모니터링, 파장 스캔 특성화 및 기타 레이저 측정 응용 분야에도 사용됩니다. InGaAs 포토다이오드는 스펙트럼 응답 범위 내에서 작동하는 통신 및 감지 레이저를 모니터링하는 데 매우 적합합니다.

2.5.근적외선 분광학 및 분석 기기

NIR 분광학 시스템은 포토다이오드를 사용하여 화학 성분, 수분 함량 및 재료 특성을 분석하기 위해 샘플을 통해 투과되거나 반사되는 빛을 감지합니다. 1700nm까지 응답 범위를 확장하는 InGaAs 포토다이오드는 물, 탄화수소 및 기타 유기 화합물의 중요한 NIR 흡수 기능을 다룹니다. 정확한 정량 측정을 위해서는 낮은 노이즈와 잘 특성화된 스펙트럼 응답성이 중요합니다.

2.6.산업 및 환경 감지

InGaAs 포토다이오드는 NIR TDLAS 가스 감지, 광학 위치 감지 및 기타 산업용 측정 응용 분야를 포함하여 근적외선 범위 내에서 작동하는 광학 감지 시스템에 사용할 수 있습니다. TDLAS 시스템에서 포토다이오드는 가스 셀을 통해 전달되는 레이저 광을 감지하는 동시에 목표 흡수 파장의 광 강도 변화를 분석하여 가스 농도를 결정합니다. 감지기 파장 응답, 잡음 성능 및 동적 범위는 특정 감지 아키텍처에 따라 선택해야 합니다.