Лавинные фотодиоды

Первоначальные носители при этом сохраняют достаточно энергии, чтобы оставаться в зоне проводимости. Таким образом, ток, генерируемый одним оптическим поглощением, «лавинообразно» приумножается — отсюда и название прибора. На рисунке показан график зависимости коэффициента усиления тока в зависимости от напряжения смещения для типичного APD. Можно видеть, что эта зависимость нелинейная.

Во многих приложениях лавинные фотодиоды предлагают привлекательное решение проблемы регистрации очень маленьких оптических сигналов при высоком быстродействии. Такие приборы очень подвержены уходу сигнала из-за колебаний температуры и напряжения смещения. Поэтому при их использовании в высокоточных приложениях требуется как термостабилизация, так и очень хорошая подстройка напряжения смещения.

Шум. Проблема шума в оптических приемниках связана с разрешением, точностью и динамическим диапазоном регистрируемого сигнала. Шум — это составляющая сигнала, которая меняется непредсказуемым образом (внутри используемой полосы частот) и, следовательно, непригодна для передачи информации. В твердотельных детекторах, которые обычно применяются в волоконно-оптических датчиках, может присутствовать несколько видов шумов. Это дробовой шум, шум темнового тока и тепловой шум. Вначале мы изучим математические основы шума, а затем по очереди обсудим различные виды шумов.

Математические основы.

Математический аппарат, необходимый для описания шума, включает в себя преобразование Фурье. Если дана вещественная функция зависимости от времени (£), то ее распределение в частотной области F(u>) определяется по формуле

Однако для практических целей функциональная зависимость во временной области определяется только на конечном интервале времени Т. В этом случае предполагается, что за пределами этого диапазона функция равна нулю, и уравнение можно переписать как

В данном случае нас интересует конкретная функция, выражающая ток г(£), возникающий в фотоприемнике, под воздействием падающего оптического сигнала, как показано на рисунке. Если вычислить среднюю мощность, выделяемую на некоторой нагрузке Ri за некоторый интервал времени Т при токе, возникшем в фотоприемнике.

См. также:  Феноменологическое описание поляризации и запаздывания

В любой реальной ситуации в течение любых, хотя бы даже и самых коротких временных интервалов, под воздействием излучения образуется большое количество носителей, перемещающихся по цепи приемника, показанной на рисунке.