ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΕ ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΧΙΟΝΟΣΤΙΒΑΔΑΣ

Παρουσίαση με θέμα: "ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΕ ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΧΙΟΝΟΣΤΙΒΑΔΑΣ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

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

2 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

3 ΒΑΣΙΚΗ ΔΟΜΗ AVALANCHE ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ (Silicon APD 800nm)

4 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

5 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

6 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

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

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

9 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)

10 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APD

11 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)

12 (* 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

13 ΣΚΟΤΕΙΝΟ ΡΕΥΜΑ (ID) & ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΠΟΛΩΣΗ

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

15 ΘΟΡΥΒΟΣ (noise) ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APD

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

17 ΚΥΡΙΑΡΧΙΑ ΤΟΥ ΘΟΡΥΒΟΥ SHOT (για Μ > Μ opt)

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

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

20 ΧΡΟΝΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΥ APD

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

22 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)

23 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