1. Parameter Kinerja Utama

1.1.Responsif (kanan)

Responsivitas adalah rasio arus foto yang dihasilkan terhadap daya optik yang terjadi, dinyatakan dalam A/W. Itu tergantung pada panjang gelombang, sifat material, efisiensi kuantum, dan struktur perangkat. Fotodioda InGaAs biasanya memberikan responsivitas tinggi pada pita telekomunikasi 1310nm dan 1550nm, meskipun nilai pastinya bervariasi menurut desain perangkat dan kondisi pengoperasian. Responsif yang lebih tinggi menghasilkan lebih banyak arus foto untuk input optik tertentu, yang dapat meningkatkan sensitivitas deteksi ketika sumber kebisingan lain tetap sebanding.

1.2.Arus Gelap (Id)

Arus gelap adalah arus bocor yang mengalir melalui fotodioda tanpa adanya cahaya datang. Hal ini dapat timbul dari beberapa mekanisme, termasuk rekombinasi pembangkitan termal, difusi pembawa, kebocoran permukaan, dan cacat perangkat. Arus gelap umumnya meningkat dengan bias balik dan suhu dan berkontribusi terhadap kebisingan detektor. Arus gelap rendah sangat penting untuk deteksi cahaya rendah dan pengukuran daya optik presisi.

1.3.Kapasitansi Persimpangan (Cj) dan Bandwidth

Kapasitansi persimpangan adalah kapasitansi yang terkait dengan persimpangan fotodioda. Bersama dengan resistansi beban, ini dapat membentuk respons low-pass RC yang membatasi bandwidth detektor. Kapasitansi persimpangan yang lebih rendah umumnya memungkinkan bandwidth yang lebih tinggi, sedangkan kapasitansi persimpangan biasanya menurun dengan meningkatnya bias balik dan meningkat dengan area aktif.

Ketika respons RC merupakan batasan bandwidth yang dominan, perkiraan bandwidth 3dB dapat diperkirakan sebagai:

f3dB ≈ 1 / (2π × RL × Cj)

Bandwidth fotodioda sebenarnya juga bergantung pada waktu transit pembawa, resistansi seri, parasit paket, dan rangkaian pembacaan. Area aktif yang lebih kecil dan bias balik yang sesuai dapat membantu mencapai bandwidth yang lebih tinggi, namun desain optimal bergantung pada struktur detektor dan persyaratan aplikasi.

1.4.Diameter Area Aktif

Area aktif adalah wilayah fotosensitif dari fotodioda, biasanya ditentukan oleh diameternya. Area aktif yang lebih besar dapat menampung berkas optik yang lebih besar dan memberikan toleransi penyelarasan yang lebih besar untuk ruang bebas atau berkas divergen, namun umumnya memiliki kapasitansi persimpangan yang lebih tinggi dan bandwidth yang lebih rendah. Area aktif yang lebih kecil memberikan kapasitansi yang lebih rendah dan respons yang berpotensi lebih cepat, namun memerlukan penyelarasan optik yang lebih tepat. Area aktif optimal bergantung pada ukuran berkas, metode kopling, daya optik, dan kebutuhan bandwidth.

1.5.Rentang Respon Spektral

Rentang respons spektral menentukan panjang gelombang di mana fotodioda memberikan respons fotores yang berguna. Batas panjang gelombang pendek dipengaruhi oleh penyerapan dan transmisi dalam struktur perangkat, sedangkan batas panjang gelombang panjang terutama ditentukan oleh celah pita semikonduktor. Fotodioda InGaAs standar umumnya memberikan respons dari sekitar 900nm hingga 1700nm, bergantung pada struktur perangkat dan komposisi material. Varian InGaAs dengan panjang gelombang yang diperluas dapat memperluas respons hingga sekitar 2,6µm atau lebih untuk aplikasi SWIR dan spektroskopi yang diperluas.

1.6.Linearitas

Linearitas fotodioda mengacu pada hubungan proporsional antara daya optik yang datang dan arus foto keluaran. Linearitas yang baik penting untuk pengukur daya optik, pemantauan optik, dan aplikasi pengukuran kuantitatif. Fotodioda PIN dapat memberikan respons yang sangat linier pada rentang daya optik yang luas bila dioperasikan dalam kondisi yang ditentukan. Pada daya optik tinggi, linearitas dapat dibatasi oleh resistansi seri, penurunan tegangan, saturasi, efek ruang-muatan, dan rangkaian pembacaan. Pada daya optik rendah, keakuratan pengukuran semakin dipengaruhi oleh arus gelap dan tingkat kebisingan detektor secara keseluruhan.

2. Aplikasi Khas

2.1.Pengukuran dan Pemantauan Daya Optik

Fotodioda banyak digunakan pada pengukur daya optik genggam dan benchtop, serta modul pemantauan daya optik internal dalam peralatan komunikasi dan pengujian. Fotodioda InGaAs dengan area aktif yang sesuai, responsivitas tinggi, arus gelap rendah, dan linearitas yang baik biasanya digunakan untuk pengukuran daya optik. Area aktif yang lebih besar dapat memberikan toleransi yang lebih besar terhadap variasi posisi sinar dan penyelarasan, sementara arus gelap yang rendah membantu meningkatkan akurasi pengukuran pada tingkat daya optik yang rendah.

2.2.Penerima Komunikasi Serat Optik

Dalam penerima komunikasi optik, fotodioda mengubah sinyal optik termodulasi menjadi sinyal listrik untuk diproses selanjutnya. Fotodioda PIN banyak digunakan di mana diperlukan kecepatan tinggi, linearitas, dan sensitivitas yang memadai, sementara APD memberikan penguatan internal untuk aplikasi yang memerlukan sensitivitas penerima lebih tinggi. Pilihan antara PIN dan APD bergantung pada anggaran tautan, kecepatan data, arsitektur penerima, dan persyaratan biaya.

2.3.Penginderaan Serat Optik

Sistem penginderaan serat optik terdistribusi, termasuk penginderaan suhu terdistribusi (DTS), penginderaan akustik terdistribusi (DAS), dan analisis domain waktu optik Brillouin (BOTDA), menggunakan fotodetektor untuk mengukur sinyal optik hamburan balik atau pantulan dari serat penginderaan. Fotodioda InGaAs biasanya digunakan untuk sistem yang beroperasi di sekitar wilayah 1550nm, dengan responsivitas, noise, dan bandwidth yang dipilih sesuai dengan teknik penginderaan spesifik dan arsitektur sistem.

2.4.Pemantauan dan Kontrol Daya Laser

Fotodioda banyak digunakan untuk pemantauan daya keluaran laser waktu nyata dan kontrol umpan balik. Banyak paket laser kupu-kupu dan TO-CAN yang dapat mengintegrasikan fotodioda monitor untuk mengambil sampel sebagian keluaran laser, sehingga memungkinkan kontrol daya otomatis (APC). Fotodioda eksternal juga digunakan untuk pengujian L-I-V, pemantauan daya optik, karakterisasi pemindaian panjang gelombang, dan aplikasi pengukuran laser lainnya. Fotodioda InGaAs sangat cocok untuk memantau telekomunikasi dan laser penginderaan yang beroperasi dalam rentang respons spektralnya.

2.5.Spektroskopi Inframerah Dekat dan Instrumentasi Analitik

Sistem spektroskopi NIR menggunakan fotodioda untuk mendeteksi cahaya yang ditransmisikan melalui atau dipantulkan dari sampel untuk analisis komposisi kimia, kadar air, dan sifat material. Fotodioda InGaAs dengan respons hingga 1700 nm mencakup fitur penyerapan NIR yang penting pada air, hidrokarbon, dan senyawa organik lainnya. Kebisingan rendah dan respons spektral yang berkarakter baik penting untuk pengukuran kuantitatif yang akurat.

2.6.Penginderaan Industri dan Lingkungan

Fotodioda InGaAs dapat digunakan dalam sistem penginderaan optik yang beroperasi dalam rentang inframerah dekat, termasuk deteksi gas NIR TDLAS, penginderaan posisi optik, dan aplikasi pengukuran industri lainnya. Dalam sistem TDLAS, fotodioda mendeteksi sinar laser yang ditransmisikan melalui sel gas, sementara perubahan intensitas optik pada panjang gelombang serapan target dianalisis untuk menentukan konsentrasi gas. Respons panjang gelombang detektor, kinerja kebisingan, dan rentang dinamis harus dipilih sesuai dengan arsitektur penginderaan tertentu.