1. Фотоприемники для осп. Назначение. Классиф-ия. P-I-n фотодиоды. Принцип действия.

Функция детектора ВОСП сводится к преобразованию входного ОС в электрический, который затем подвергается усилению и обработке электронными схемами фотоприемника. Предназначенный для этих целей фотодетектор должен точно воспроизводить форму ОС, не внося дополнительного шума, иметь небольшие размеры, быть нечувствительным к изменениям параметров внешней среды, иметь большой срок службы. Эти требования удовлетворяют полупроводниковые (ПП) фотодиоды. Принцип действия ПП ФД основан на внутреннем фотоэффекте, который заключается в том, что поглощаемый фотон рождает пару новых носителей заряда – электрон и дырку. Иначе это означает, что, поглощаясь атомом, фотон возбуждает электрон и переводит его из валентной зоны в зону проводимости (собственное поглащение) или же с примесного уровня в зону проводимости (примесное поглощение). Такие переходы изменяют электрические характеристики ПП, создавая условия формирования эл. сигналов. Таким образом, в результате поглащения кванта света с энергией по внешней цепи диода протекает импульс тока.

Наибольшее распространение в ВОЛС получили фотодетекторы на основе: P -I-N фотодиода и ЛФД

Отличительной особенностью P-I-N фотодиода является наличие I- слоя (слаболегированного полупроводника n- типа между слоями p+- и n+- типа (+ означает сильное легирование)). Такой I- слой называется обедненным слоем, т.к. в нем нет свободных носителей. На PIN структуру подается напряжение обратного смещения. Сильное легирование крайних слоев делает их проводящими, поэтому все напряжение падает на I- слое и в нем создается максимальное значение электрического поля. Но т.к. в I- слое нет свободных носителей, то в нем нет и электрического тока. При наличии падающего на I- слой излучения, в нем образуются свободные эл- дырочные пары, которые под воздействием эл поля быстро разделяются и двигаются в противоположных направлениях к своим электродам, образуя эл ток. Эл ток идет до тех пор, пока образуются эл- дырочные пары, т.е. пока на ФД падает свет. Эффективным является взаимодействие излучения только с I- слоем, поэтому его делают протяженным, а крайние слои узкими.

ФД могут изготавливаться из разных материалов. Рабочие диапазоны длин волн, в которых достигается максимальная эффективность ФД для разных полупроводниковых материалов, например, GaAs – λ= (800 – 1000 )нм, InGaAs – λ = (1000 – 1700) нм. Квантовая эффективность обедненной области в рабочем диапазоне длин волн достигает 80 – 100%. Однако часть падающего излучения испытывает френелевское отражение от фоточувствительной поверхности из-за скачка показателя преломления на границе между поверхностью и средой. Для уменьшения отражения приемную поверхность обедненного слоя покрывают антиотражающим слоем, толщиной кратной λ/4 и показателем преломления равным , где n1 и n2 – показатели преломления I- слоя и воздуха, соответственно.

Главное отличие ЛФД от обычного ФД имеет вид p⁺ - I – n⁺, то в ЛФД добавляют p- слой.