من أجل تحسين كفاءة التحويل من الإشارات الضوئية الكهربائية الضوئية وحدة ، أربعة أبعاد النظام يجب أن يكون الأمثل من الأجهزة الأساسية ، وتصميم الدوائر البصرية ، مطابقة ، ومراقبة البيئة .
1 . تحسين الأداء الأساسية photodetector
photodetector هو عنصر أساسي من عناصر التحويل الكهربائية الضوئية .
اختيار المواد عالية الاستجابة : يفضل استخدام مواد أشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة الضيقة مثل الغاليوم ( الغاليوم ) ، InGaAs ( InGaAs ) وهلم جرا . هذه المواد لديها أعلى كفاءة امتصاص الفوتون على أطوال موجية معينة ( مثل 1310 نانومتر ، 1550 نانومتر الاتصالات الفرقة ) ، ويمكن تحويل المزيد من الطاقة الضوئية إلى صور الناقل .
التصميم الأمثل للكشف عن هيكل : من خلال زيادة سمك تقاطع PN استنزاف المنطقة ، واعتماد هيكل مزدوج الضوئي أفالانش ( APD ) ، أو تصميم تجويف طنان تعزيز photodetector ( rce-pd ) ، وتحسين امتصاص الفوتون واحتمال كفاءة جمع photogenerated الناقلين ، على سبيل المثال ، APD يمكن أن تزيد من ضعف photocurrent من خلال زيادة انهيار جليدي ، وبالتالي تحسين كفاءة التحويل بشكل ملحوظ في ظل ضعف الضوء .
الحد من الظلام الحالي من الكاشف : تحسين نقاء المواد ( الحد من الشوائب عيب ) ، وتحسين عملية التصنيع ( مثل التخميل طبقة النمو ) ، والحد من الظلام الحالي من الكاشف عندما لا يكون هناك ضوء ، والحد من التدخل الحالي عديمة الفائدة على فعالية photocurrent ، وتحسين كفاءة التحويل الصافي . . . . . . .
2 - الحد من انتقال البصرية اقتران خسارة
فقدان الإشارات الضوئية قبل انتقال ودخول الكاشف مباشرة يقلل من الطاقة الضوئية إلى الكاشف .
تحسين هيكل اقتران البصرية : اعتماد عالية الدقة عدسة بصرية ( مثل مجموعة microlens ) ، الألياف البصرية مجموعة أو المشبك مقرنة ، بدلا من التقليدية اقتران المباشر ، والتركيز على ضوء الناتج من الألياف البصرية على سطح حساس كاشف ، والحد من فقدان الضوء الناجم عن اقتران الانحراف ، في ظل الظروف المثالية ، اقتران الكفاءة يمكن أن تثار من 60 ٪ إلى أكثر من 90 ٪ .
السيطرة على مسار الضوء انعكاس ونثر : طلاء ( على سبيل المثال ، antireflection الفيلم ، الفيلم antireflection ) في واجهة رئيسية من مسار الضوء ( على سبيل المثال ، سطح العدسة ، كاشف النافذة ) للحد من انعكاس الخسارة من الإشارات الضوئية . وفي الوقت نفسه ، المواد البصرية مع انخفاض التشتت ( مثل الكوارتز عالية النقاء ) يتم اختيارها للحد من تشتت الضوء في عملية النقل .
تقصير المسافة البصرية انتقال : الحد من انتقال مسار الإشارات الضوئية في وحدة ، وتجنب الاضمحلال الناجم عن انتقال السلطة البصرية لمسافات طويلة ، مثل التكامل المباشر بين كاشف الألياف البصرية واجهة ، والحد من عدد من العناصر البصرية المتوسطة . . . . . . .
3 - تحسين معالجة الإشارات من الدوائر التالية
إن photocurrent يجب تحويلها إلى إشارة الجهد من خلال متابعة الدوائر ( مثل المضخم ، إشارة تكييف الدوائر ) و تضخيمها .
مطابقة الكاشف و المضخم المعاوقة : تصميم المضخم مع انخفاض مدخلات المعاوقة ( على سبيل المثال ، مصدر مشترك المجالي مكبر للصوت ) على أساس الناتج مقاومة الكاشف ( عادة مقاومة عالية ) ، والحد من انعكاس وفقدان إشارة الناجمة عن عدم تطابق المعاوقة ، وضمان كفاءة نقل photocurrent إلى تضخيم دارة .
الحد من الضوضاء الدائرة : استخدام الأجهزة منخفضة الضوضاء ( على سبيل المثال ، وانخفاض الضوضاء مكبر العمليات ، وانخفاض درجة الحرارة الانجراف المقاومة ) ، وتحسين تخطيط الدوائر ( على سبيل المثال ، والحد من تداخل الإشارات وخطوط الكهرباء ) ، وإدخال تقنيات قمع الضوضاء ( على سبيل المثال ، مكبر للصوت التفاضلية ، مرشح الدائرة ) ، والحد من الضوضاء الحرارية ، والضوضاء الحالية على ضعف الإشارات الضوئية التدخل ، وتجنب الضوضاء لإخفاء إشارة فعالة ، وتحسين كفاءة التحويل بشكل غير مباشر .
تحسين إشارة التضخيم وتكييف : التكيف كسب مكبر للصوت مصممة على أساس المدى الديناميكي من الإشارات الضوئية . وفي الوقت نفسه ، عالية التردد الضوضاء والتردد المنخفض الانجراف يتم تصفيتها من قبل مرشح الدائرة ، وبالتالي تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء من الناتج إشارة كهربائية .
4 - وحدة التحكم في بيئة العمل و تبديد الحرارة
العوامل البيئية ( مثل درجة الحرارة والرطوبة ) يمكن أن تؤثر على استقرار أداء الجهاز ، مما يقلل من كفاءة التحويل .
استقرار درجة حرارة التشغيل : photodetector ( وخاصة APD ) استجابة الظلام الحالية إلى درجة حرارة حساسة ، وارتفاع درجة الحرارة سوف يؤدي إلى زيادة الظلام الحالية ، وانخفاض الاستجابة . التحكم في درجة الحرارة عنصر ( على سبيل المثال ، أشباه الموصلات الثلاجة التكنلوجيا ، بالوعة الحرارة ) يمكن أن تكون متكاملة في وحدة ، كاشف درجة الحرارة يمكن أن تكون مستقرة في أفضل فترة من 25 درجة مئوية إلى 30 درجة مئوية ، مما يقلل من تأثير تقلبات درجة الحرارة على كفاءة التحويل .
السيطرة على الرطوبة البيئية والشوائب : وحدة الداخلية اعتماد تصميم الختم ، وملء مع النيتروجين الجاف أو استخدام عامل التجفيف لمنع الهواء الرطب يؤدي إلى العناصر البصرية من الرطوبة والعفن ، الأجزاء المعدنية المؤكسدة ، وتجنب زيادة فقدان المسار الضوئي . وفي الوقت نفسه ، في عملية التصنيع ، الشوائب مثل الغبار يمكن السيطرة عليها ، والتي يمكن أن تمنع من أن تعلق على السطح البصري يؤثر على انتقال الضوء .