ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΕ ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΧΙΟΝΟΣΤΙΒΑΔΑΣ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΕ ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΧΙΟΝΟΣΤΙΒΑΔΑΣ AVALANCHE PHOTODIODE (APD)

ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ AVALANCHE ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ AVALANCHE Απορρόφηση φωτεινής ενέργειας  Μετάβαση Ηλεκτρονίων σε υψηλότερες ενεργειακές στάθμες  Φαινόμενο χιονοστιβάδας (Avalanche)  Πολλαπλασιασμός Ελέυθερων Ηλεκτρονίων  ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Χαμηλή Ενεργειακή στάθμη Υψηλή Ενεργειακή στάθμη φώς

ΒΑΣΙΚΗ ΔΟΜΗ AVALANCHE ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ (Silicon APD 800nm)

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ “I - V” AVALANCHE ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ Περιοχή Avalanche Καθώς αυξάνεται η ανάστροφη πόλωση (VB)  Το ρεύμα IO παραμένει σταθερό  Στην περιοχή Avalanche το ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο δίνει αρκετή «Κινητική Ενέργεια» στα διεγερθέντα ηλεκτρόνια  προκαλούν ΙΟΝΙΣΜΟ στα άτομα του ημιαγωγού  Πολλαπλασιασμός των ηλεκτρονίων  Multiplication Factor = M

ΥΨΗΛΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ AVALANCHE VB  > 100 εως 1000 Volts Εσωτερικός φωτοηλεκτρονικός μηχανισμός «κέρδους» M ( 10 – 500 ) Το φαινόμενο Avalanche δεν προκαλεί καταστροφή του ημιαγωγού Η αναπτυσσόμενη θερμοκρασία απο το μεγάλο ρεύμα όμως μπορεί να προκαλεσει καταστροφή

ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ AVALANCHE ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ AVALANCHE IP Αρχικός τύπος απο pin Τύπος APD ΙP = Συνολικό «πολλαπλασιασμένο» Φωτορεύμα M = Συντελεστής πολλαπλασιασμού (Multiplication factor) R0 (λ) = Responsivity της διόδου με Μ = 1 (απλή δίοδος pin) P = Προσπίπτουσα Οπτική ισχύς

ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ «Μ» ΜΕ ΤΗΝ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΠΟΛΩΣΗ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ «Μ» ΜΕ ΤΗΝ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΠΟΛΩΣΗ (ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ για Silicon APD’s)

ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΗΣ RESPONSIVITY ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ λ (για δύο τιμές του Μ & για Silicon APD’s) Τύπος APD

ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ Μ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ λ (για δεδομένη VB & για Silicon APD’s) ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ Μ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ λ (για δεδομένη VB & για Silicon APD’s)

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APD

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΠΟΛΩΣΗ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APD Ανάστροφη πόλωση Φωτοδιόδου με υψηλή θετική τάση V+ (100 – 1000 Volts) Σε σειρά αντίσταση φορτίου RL Ροή πολλαπλασιασμένου φωτορεύματος  M*IP Ενισχυμένη Τάση εξόδου M* VO ανάλογη του προσπίπτοντος φωτός (M*IP RL)

(* M) ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APD Id = Dark Current  * M CJ = Χωρητικότητα επαφής RSH = Αντίσταση φωτοδιόδου εν παραλλήλω RS = Αντίσταση φωτοδιόδου σε σειρά Iph = Φωτορεύμα  * M Iο = Συνολικό ρεύμα  * M RL = Αντίσταση φορτίου

ΣΚΟΤΕΙΝΟ ΡΕΥΜΑ (ID) & ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΠΟΛΩΣΗ

ΣΚΟΤΕΙΝΟ ΡΕΥΜΑ & ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΠΟΛΩΣΗ (για διαφορετικές ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ) ΣΚΟΤΕΙΝΟ ΡΕΥΜΑ & ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΠΟΛΩΣΗ (για διαφορετικές ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ)

ΘΟΡΥΒΟΣ (noise) ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APD

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΠΗΓΩΝ ΘΟΡΥΒΟΥ ΣΤΗΝ APD  M opt Thermal Shot Total Πολλαπλασιάζεται * M Σταθερός Κυριαρχία Thermal Κυριαρχία Shot

ΚΥΡΙΑΡΧΙΑ ΤΟΥ ΘΟΡΥΒΟΥ SHOT (για Μ > Μ opt)

EXCESS NOISE FACTOR  F Επιπλέον θόρυβος λόγω της «στατιστικής» φύσης του φαινομένου Avalanche  Εξαρτάται απο το Μ

Τύπος MacIntyre & Πίνακας με παραμέτρους k, X, F EXCESS NOISE FACTOR  F Τύπος MacIntyre & Πίνακας με παραμέτρους k, X, F ή

ΧΡΟΝΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APD

ΠΩΣ ΑΛΛΑΖΕΙ Η fc ΜΕ ΤΗΝ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΤΑΣΗ “V” ΚΑΙ ΤΟ ΚΕΡΔΟΣ “M”

ΤΟ ΓΙΝΟΜΕΝΟ “GAIN * BANDWIDTH” Σε υψηλής ταχύτητας InGaAs/Si APD near-infrared (1.0 to 1.6 µm) (High-Gain, High-Speed, Near-Infrared Avalanche Photodiode)

ΣΥΓΚΡΙΣΗ APD ΜΕ pin Parameter PIN Photodiodes APDs   Parameter PIN Photodiodes APDs Construction Materials Si, Ge, InGaAs Bandwidth DC to 40+ GHz Wavelength 0.6 to 1.8 µm Conversion Efficiency 0.5 to 1.0 Amps/Watt 0.5 to 100 Amps/Watt Support Circuitry Required None High Voltage, Temperature Stabilization Cost (Fiber Ready) $1 to $500 $100 to $2,000