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InGaAs PD的彩页参数解释



PIN型PD即为在P、N结中间添加一个本征(Intrinsic)层,给中间层加了电压后,光照下电子移动加速,产生电流。


P型半导体和N型半导体中耗尽层的宽度是随反向电压增加而加宽的,随着反偏压的增大,结电容也要变得很小。由于I层的存在、P区一般做得很薄,入射光子只能在I层内被吸收。反向偏压主要集中在I区,形成高电场区。I区的光生载流子在强电场作用下加速运动,所以载流子渡越时间常量减小,从而改善了光电二极管的频率响应。同时I层的引入加大了耗尽区,展宽了光电转换的有效工作区域,从而使灵敏度得以提高。


1. 冷却 ( Cooling )           2. 光敏区域 ( Photosensitive area ) 
3. 光灵敏度 ( Photosensitivity ) & 光谱响应范围 ( Spectral responce range )
4. 峰值波长 ( Peak sensitivity wavelength )           5. 截止频率 ( Cutoff frequency )           6. 封装 ( Package )
7. 其他参数


铟镓砷光电二极管(InGaAs PD)和硅光电二极管的具有相同的结构,可以通过调节Ga元素的含量来调整InGaAs PD的响应波长,标准InGaAs探测器截止波长为1.7 μm,通过调整,目前InGaAs探测器截止波长有1.9 μm、2.1 μm、2.6 μm的产品。


# 冷却 ( Cooling )

冷却能够实现InGaAs PD的低噪声,使InGaAs PD的响应波长向短波方向移动。有以下三种类型:

非冷却型 ( non-cooled type )

易于使用

TE冷却型 ( TE-cooled type )

使用半导体制冷片(TE)进行制冷,不需要冷却剂

杜瓦冷却型 ( Dewar type )

使用液氮作为冷却剂


# 光敏区域 ( Photosensitive area )

光敏区域是指光敏面积的大小。


滨松还提供适用于高速多通道分光光度法的双色传感器。双色传感器是把两个不同波长响应的传感器芯片封装在同一个封装内,从而实现了一个传感器波长的扩展。双色传感器可以完成200 nm-4500 nm的波长的探测,有制冷型和不制冷型的产品,供客户选择。


# 光灵敏度 ( Photosensitivity ) & 光谱响应范围 ( Spectral responce range )

光灵敏度是红外探测器选择的关键参数。滨松PD参数中的光灵敏度(单位:A/W)为光电流(单位:A)与特定波长入射光辐射能通量(单位:W)的比值。


滨松的彩页中,一般都会包含一张光灵敏度(Photosensitivity)& 波长(Wavelength)的图。


温度也会对光灵敏度造成一定影响,一般来说,在比光灵敏度峰值波长长的波段内,温度与光灵敏度正相关;而在比光灵敏度峰值波长短的波段内,光灵敏度则不随温度变化。


滨松PD的参数表中基本都会列出光谱响应范围(Spectral response range),光谱响应范围的上下限两个波长的光灵敏度为峰值波长光灵敏度的5%或10%。


# 峰值波长 ( Peak sensitivity wavelength )

光灵敏度最高的波长,指响应率最大的波长,对于光电型传感器根据吸收效率、光子能量会有探测波长上下限。


# 截止频率 ( Cutoff frequency )

当光电二极管接收到激光二极管等发射的正弦调制光波时,其截止频率c定义为光电二极管的输出相比于100%输出下降3 dB时的频率。


截止频率和上升时间能够反映PD的响应速度。


不同的应用对于红外探测器的响应速度要求是不一样的,例如通讯可能要求频率在1 GHz左右,如果是静态的,存在无热源的应用情况下可能只要求0.1 Hz,所以在选择探测器使用尽可能选择响应速度、和斩波器频率匹配的探测器。


# 封装 ( Package )

按照红外探测器封装结构主要有金属封装、陶瓷封装、DIP封装、杜瓦瓶封装(金属、玻璃)。


不同的封装对于温度特性、线性、稳定性、价格都有比较大的影响,需要根据客户的应用进行合适的选择。


# 其他参数

斩波频率 ( Chopping frequency ) 红外探测中通常为提高信噪比会使用斩波器对光线进行处理,斩波频率就是指斩波器的调制频率。
暗电流 ( Dark current ) 在暗环境下的输出电流,偏压越大暗电流会越大,暗电流也是红外探测器探测能力的制约因素。
偏置电流 ( Offset voltage ) 没有信号输入情况下,放大器所输出的直流成分。
短路电流 ( Short circuit current ,Isc ) 滨松定义为100lx,2856K色温钨丝灯照射下输出电流的大小,对于同一个系列产品几乎只与探测面积有关。也称为白光灵敏度。
偏压 ( Reverse voltage, supply voltage ) 是探测器的工作电压,光伏型探测器在偏压作用下响应速度、饱和特性变好,但是噪声水平上升;偏压都有其最大值要求,在使用探测器过程中,切记不要超过规定电压使用。
视野 ( Field of view ) 任何背景辐射都会对探测器的探测率产生影响。该参数是影响等效噪声功率的关键因素,所以探测器选择要充分考虑视野的大小。
量子效率 ( Quantum efficiency, QE ) 是指从光子转换为光子-空穴对的转换系数,一般用光子-空穴对数除以入射光子数来表示;特定波长下的量子效率可以用如下公式表示:
等效噪声功率 ( Noise equivalent power, NEP ) 我们将探测器输出信号等于探测器噪声时,入射到探测器上的辐射功率定义为等效噪声功率,单位为瓦。由于信噪比为1时功率测量不太方便,可以在高信号电平下测量,再根据下式计算:


由于探测器响应与辐射的调制频率有关,测量等效噪声功率时,黑体辐射源发出的辐射经调制盘调制后,照射到探测器光敏面上,辐射强度按固定频率作正弦变化。探测器输出信号滤除高次谐波后,用均方根电压表测量基波的有效值。

必须指出:等效噪声功率可以反映探测器的探测能力,但不等于系统无法探测到强度弱于等效噪声功率的辐射信号。如果采取相关接收技术,即使入射功率小于等效噪声功率,由于信号是相关的,噪声是不相关的,也是可以将信号检测出来的,但是这种检测是以增加检测时间为代价的。

另外,强度等于等效噪声功率的辐射信号,系统并不能可靠地探测到。在设计系统时通常要求最小可探测功率数倍于等效噪声功率,以保证探测系统有较高的探测概率和较低的虚警率。辐射测量系统由于有较高的测量精度要求,对弱信号也要求有一定的信噪比。


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