Ầ
Ệ
Đ U THU QUANG ĐI N
NỘI DUNG
• Một số khái niệm cơ bản
• PIN
• APD
• PMT
Hiệu ứng quang điện
• Đầu thu quang điện là thiết bị chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện dựa trên hiện tượng quang điện.
Đáp ứng của đầu thu quang
Hiệu suất lượng tử
Thời gian đáp ứng
Dòng tối • Khi không có ánh sáng tới, nếu đặt vào photodiode một hiệu điện thế ngược vẫn xuất hiện một dòng điện nhỏ gọi là dòng tối:
• Khi được chiếu sáng, dòng toàn phần bằng
tổng của dòng quang điện và dòng tối:
Diode thu quang pin
• Diode thu quang p-i-n thông thường có cấu trúc gồm lớp bán dẫn p và lớp bán dẫn n, giữa 2 lớp bán dẫn p-n này là một lớp i. Lớp i này thường là bán dẫn thuần hoặc hoặc bán dẫn được pha tạp rất ít và có độ dày hơn nhiều so với hai lớp p và n. Vùng lớp I này được gọi là vùng trôi.
ộ ụ ứ
ữ ố ộ ư ẫ
ằ ộ ộ ạ ủ ị ủ ấ ượ ử ợ ậ
ố ư • Đ r ng vùng nghèo w t ớ ả ế ứ ờ ng đ i l n (>200 ps). Ng
ự ế ng t ố ớ ể ả ấ ỏ ỡ ế
ị ạ ẫ ệ ấ ượ ủ ử ể ế ạ ng t
ệ ộ ố i u ph thu c vào vi c cân đ i gi a t c đ đáp ng và đ ả ấ nh y c a photodiode. V i các bán d n có d i c m không tr c ti p nh Si hay Ge, giá ờ ệ tr c a w n m trong kho ng 20 – 50 μm thì có hi u su t l h p lý. Vì v y, th i ượ ế ươ ể c gian đáp ng b h n ch do th i gian chuy n ti p t ớ ạ ư ự i, v i các bán d n có d i c m tr c ti p nh InGaAs, w có th nh c 3 5 μm mà l ờ ả ả ẫ v n đ m b o hi u su t l , do đó th i gian chuy n ti p c a photodiode lo i ỡ này c 10 ps.
APD
- APD là đầu thu quang điện dựa trên hiện
tượng thác lũ.
- APD có đáp ứng và tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu lớn hơn nhiều các loại photodiode do hiện tượng khuếch đại nội.
- So với cấu trúc pin, APD có thêm lớp p có điện trở suất cao. Vùng p này được gọi là vùng nhân.
Hiệu ứng thác lũ
- Phương trình tốc độ:
αe, αh được gọi là tốc độ ion hóa do điện tử và lỗ trống gây ra. Nếu điện trường trong vùng nhân là đồng nhất thì chúng là hằng số.
- Hệ số nhân:
KA = αh/ αe.
- APD sẽ tốt hơn trong các trường
hợp αe>> αh hoặc αe<< αh .
APD
Si APD
Si APD
Si APD
PMT
PMT dạng tròn
PMT dạng hộp và lưới
Photocathode Các vật liệu thường dùng: silver-oxygen-caesium (AgOCs), antimonycaesium (SbCs), and the bi- and trialkali compounds SbKCs, SbRbCs, and SbNa2KCs.
• Những vật
liệu
