Bài giảng Đầu thu quang điện

Bài giảng Đầu thu quang điện giới thiệu tới người đọc các khái niệm về: Hiệu ứng quang điện, đáp ứng của đầu thu quang, hiệu suất lượng tử, thời gian đáp ứng, hiệu ứng thác lũ, các phương pháp đo,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Đ U THU QUANG ĐI N Ầ Ệ

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

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

• Đ  r ng vùng nghèo w t i  u ph  thu c vào vi c cân đ i gi a t c đ  đáp  ng và đ  ộ ộ ố ư ụ ộ ệ ố ữ ố ộ ứ ộ

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 ạ ủ ớ ẫ ả ấ ự ế ư

tr  c a w n m trong kho ng 20 – 50 μm thì có hi u su t lị ủ ằ ả ệ ấ ượng t  h p lý. Vì v y, th i ử ợ ậ ờgian đáp  ng b  h n ch  do th i gian chuy n ti p tứ ị ạ ế ờ ể ế ương đ i l n (>200 ps). Ngố ớ ược 

l 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 ạ ớ ẫ ả ấ ự ế ư ể ỏ ỡ

v n đ m b o hi u su t lẫ ả ả ệ ấ ượng t , do đó th i gian chuy n ti p c a photodiode lo i ử ờ ể ế ủ ạnày c  10 ps.ỡ

- 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

PMT

PMT dạng tròn

PMT dạng hộp và lưới

Các vật liệu thường dùng: silver-oxygen-caesium (AgOCs), antimonycaesium (SbCs), and the bi- and trialkali compounds SbKCs, SbRbCs, and SbNa2KCs.

beryllium oxide (BeO), magnesium oxide (MgO), gallium phosphide (GaP) Chúng được phủ lên đế dẫn điện làm từ nikel, thép…

Các phương pháp đo