Jak obliczyć wydajność kwantową fotodiody pigitialnej?

Hej tam! Jako dostawca fotodiod pigitialnych często jestem pytany o to, jak obliczyć wydajność kwantową tych fajnych urządzeń. Wydajność kwantowa jest kluczowym parametrem, który mówi, jak dobrze fotodioda może przekształcić fotony w elektrony. Na tym blogu opiszę proces obliczania wydajności kwantowej fotodiody pigitialnej w łatwy do zrozumienia sposób.

Co to jest wydajność kwantowa?

Zanim zagłębimy się w obliczenia, przyjrzyjmy się szybko, co właściwie oznacza wydajność kwantowa. Sprawność kwantowa (QE) to stosunek liczby nośników ładunku zebranych przez fotodiodę do liczby fotonów padających na nią. Mówiąc prościej, jest to miara tego, jak skutecznie fotodioda może zamienić światło w sygnał elektryczny. Wyższa wydajność kwantowa oznacza, że ​​więcej przychodzących fotonów jest przekształcanych w użyteczne sygnały elektryczne, co jest oczywiście pożądane w większości zastosowań.

Czynniki wpływające na wydajność kwantową

Kilka czynników może wpływać na wydajność kwantową fotodiody pigitialnej. Należą do nich długość fali padającego światła, materiał fotodiody i struktura urządzenia. Różne materiały mają różne współczynniki absorpcji przy różnych długościach fal, co oznacza, że ​​absorbują i przekształcają fotony mniej lub bardziej skutecznie, w zależności od koloru światła. Na przykład fotodiody na bazie krzemu są najskuteczniejsze w obszarach widzialnych i bliskiej podczerwieni, podczas gdy fotodiody na bazie germanu lepiej nadają się do dłuższych fal w podczerwieni.

Obliczanie wydajności kwantowej

Przejdźmy teraz do sedna obliczania wydajności kwantowej fotodiody pigitialnej. Podstawowy wzór na efektywność kwantową to:

[ QE = \frac{\text{Liczba zebranych nośników ładunku}}{\text{Liczba padających fotonów}} \times 100% ]

Jednak w praktyce często wygodniej jest zmierzyć fotoprąd generowany przez fotodiodę i padającą moc optyczną, a następnie wykorzystać te wartości do obliczenia wydajności kwantowej. Oto jak możesz to zrobić:

Krok 1: Zmierz moc optyczną padającego światła ((P_{in}))

Pierwszym krokiem jest zmierzenie mocy światła padającego na fotodiodę. Aby to zrobić, możesz użyć miernika mocy. Upewnij się, że miernik mocy jest skalibrowany i że mierzysz moc przy tej samej długości fali, co używane źródło światła. Padającą moc optyczną mierzy się zwykle w watach (W).

Krok 2: Zmierz fotoprąd ((I_{ph}))

Następnie należy zmierzyć fotoprąd generowany przez fotodiodę pod wpływem padającego światła. Do pomiaru fotoprądu można użyć miernika prądu lub amperomierza. Upewnij się, że fotodioda jest prawidłowo podłączona do obwodu i że dokładnie mierzysz prąd. Fotoprąd jest zwykle mierzony w amperach (A).

Krok 3: Oblicz liczbę padających fotonów

Aby obliczyć liczbę padających fotonów, możesz skorzystać z następującego wzoru:

[ N_{ph} = \frac{P_{in}}{h \times f} ]

gdzie (N_{ph}) to liczba padających fotonów, (P_{in}) to padająca moc optyczna, (h) to stała Plancka ((6,626 \times 10^{-34} \text{J s})), a (f) to częstotliwość padającego światła. Częstotliwość można obliczyć za pomocą wzoru (f = \frac{c}{\lambda}), gdzie (c) to prędkość światła ((3 \times 10^8 \text{m/s})), a (\lambda) to długość fali padającego światła.

Krok 4: Oblicz liczbę zebranych nośników ładunku

Liczbę zebranych nośników ładunku można obliczyć korzystając ze wzoru:

[ N_{e} = \frac{I_{ph}}{e} ]

gdzie (N_{e}) to liczba zebranych nośników ładunku, (I_{ph}) to fotoprąd, a (e) to ładunek elementarny ((1,602 \times 10^{-19} \text{ C})).

Krok 5: Oblicz wydajność kwantową

Na koniec możesz obliczyć wydajność kwantową za pomocą wzoru:

[ QE = \frac{N_{e}}{N_{ph}} \times 100% ]

Spójrzmy na przykład, aby zobaczyć, jak to działa w praktyce. Załóżmy, że masz fotodiodę świerkową wystawioną na światło o długości fali 850 nm i padającej mocy optycznej 100 μW. Mierzysz fotoprąd o wartości 20 μA. Oto jak obliczyć wydajność kwantową:

1. Oblicz częstotliwość padającego światła:
   [ f = \frac{c}{\lambda} = \frac{3 \times 10^8 \text{ m/s}}{850 \times 10^{-9} \text{ m}} = 3,53 \times 10^{14} \text{ Hz} ]

2. Oblicz liczbę padających fotonów:
   [ N_{ph} = \frac{P_{in}}{h \times f} = \frac{100 \times 10^{-6} \text{ W}}{6,626 \times 10^{-34} \text{ J s} \times 3,53 \times 10^{14} \text{ Hz}} = 4,27 \times 10^{11} \text{ fotony/s} ]

3. Oblicz liczbę zebranych nośników ładunku:
   [ N_{e} = \frac{I_{ph}}{e} = \frac{20 \times 10^{-6} \text{ A}}{1,602 \times 10^{-19} \text{ C}} = 1,25 \times 10^{14} \text{ elektronów/s} ]

4. Oblicz wydajność kwantową:
   [ QE = \frac{N_{e}}{N_{ph}} \times 100% = \frac{1,25 \times 10^{14} \text{ elektrony/s}}{4,27 \times 10^{11} \text{ fotony/s}} \times 100% = 29,3% ]

Znaczenie wydajności kwantowej w fotodiodach Pigitalnych

Sprawność kwantowa jest ważnym parametrem fotodiod pigitialnych, ponieważ bezpośrednio wpływa na wydajność urządzenia. Wyższa wydajność kwantowa oznacza, że ​​fotodioda może wykrywać słabsze sygnały świetlne i skuteczniej przekształcać je w sygnały elektryczne. Jest to szczególnie ważne w zastosowaniach, w których konieczne jest wykrycie słabego poziomu światła, np. w systemach komunikacji optycznej, teledetekcji i badaniach naukowych.

Nasze produkty fotodiod Piggitial

W naszej firmie oferujemy szeroką gamę fotodiod pigitowych charakteryzujących się wysoką wydajnością kwantową i doskonałymi parametrami użytkowymi. Niektóre z naszych popularnych produktów to:

• Minifotodioda z pigtailami: Te kompaktowe fotodiody doskonale nadają się do zastosowań, w których przestrzeń jest ograniczona. Oferują wysoką wydajność kwantową i niski poziom szumów, dzięki czemu idealnie nadają się do stosowania w czujnikach optycznych i systemach komunikacyjnych.
• Fotodioda pigtailowa ze złączem FC: Fotodiody te są wyposażone w złącze FC, co ułatwia ich integrację z istniejącymi systemami optycznymi. Oferują wysoką czułość i krótki czas reakcji, dzięki czemu nadają się do szerokiego zakresu zastosowań.
• Fotodioda 155M 2,5G APD-TIA: Te zaawansowane fotodiody łączą fotodiodę lawinową (APD) ze wzmacniaczem transimpedancyjnym (TIA), aby zapewnić wysokie wzmocnienie i niski poziom szumów. Są przeznaczone do szybkich systemów komunikacji optycznej i oferują doskonałą wydajność przy szybkości transmisji danych do 2,5 Gb/s.

Skontaktuj się z nami w sprawie zakupów

Jeśli jesteś zainteresowany zakupem naszych fotodiod pigitialnych lub masz jakiekolwiek pytania dotyczące wydajności kwantowej lub naszych produktów, nie wahaj się z nami skontaktować. Mamy zespół doświadczonych specjalistów, którzy mogą zapewnić Ci informacje i wsparcie potrzebne do dokonania właściwego wyboru dla Twojej aplikacji.

Referencje

• Saleh, BEA i Teich, MC (2007). Podstawy fotoniki. Wiley'a.
• Sze, SM i Ng, KK (2007). Fizyka urządzeń półprzewodnikowych. Wiley'a.