광 검출기는 들어오는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 수신기의 필수 구성 요소입니다. 반도체 광검출기는 일반적으로 광다이오드라고 합니다. 통신 시스템 빠른 감지 속도, 높은 감지 효율성 및 작은 크기로 인해. 현재 광검출기는 산업 전자, 전자 통신, 의학 및 건강 관리, 분석 장비, 자동차 및 운송 등에서 널리 사용됩니다. 이들은 광센서 및 광센서라고도 합니다. 따라서 이 기사에서는 광검출기 – 응용 프로그램 작업.

광검출기란?

광검출기 정의는 다음과 같습니다. 입사광 또는 광학 전력을 감지하여 전기 신호로 변환하는 데 사용되는 광전자 장치를 광검출기라고 합니다. 일반적으로 이 o/p 신호는 입사광 전력에 비례합니다. 이러한 센서는 프로세스 제어, 광섬유 통신 시스템, 안전, 환경 감지 및 국방 애플리케이션과 같은 다양한 과학적 구현에 절대적으로 필요합니다. 광검출기의 예로는 광트랜지스터와 포토다이오드 .

광검출기

광검출기는 어떻게 작동합니까?

광검출기는 전송된 광학 신호를 수신하여 빛이나 기타 전자기 복사 또는 장치를 감지하여 작동합니다. 사용하는 광검출기 반도체 광 조사 원리에 따라 전자-정공 쌍 생성에 대해 작동합니다.

일단 반도체 재료가 밴드갭에 대해 높거나 동등한 에너지를 갖는 광자를 통해 조명되면 흡수된 광자는 가전자대 전자가 전도대로 이동하도록 촉진하여 가전자대 내에 정공을 남깁니다. 전도대에 있는 전자는 고유 또는 외부에서 인가된 전기장의 힘에 따라 분산될 수 있는 자유 전자(정공) 역할을 합니다.

광 흡수로 인해 광 생성된 전자-정공 쌍은 전기장 매개 분리를 거치지 않는 한 재결합 및 재방출하여 광전류를 증가시킬 수 있으며, 이는 광 생성된 자유 전하 캐리어의 일부입니다. 광 검출기 배열의 전극. 지정된 파장에서의 광전류 크기는 입사광의 강도에 정비례합니다.

속성

광검출기의 특성은 아래에서 설명합니다.

스펙트럼 응답 – 이것은 광자 주파수 함수로서의 광검출기의 응답입니다.

양자 효율 – 각 광자에 대해 생성된 전하 캐리어의 수

책임감 – 검출기에 떨어지는 빛의 총 전력으로 분리된 출력 전류입니다.

잡음 등가 전력 – 장치의 노이즈와 동일한 크기의 신호를 생성하는 데 필요한 광 전력량입니다.

형사 – 잡음 등가 전력으로 분리된 검출기 영역의 제곱근입니다.

얻다 - 검출기의 입사광자에 의해 직접 생성된 전류로 나눈 광 검출기의 출력 전류입니다.

암전류- 빛이 부족한 상태에서도 검출기를 통한 전류 흐름.

응답 시간 - 검출기가 최종 출력의 10 – 90%까지 가는 데 필요한 시간입니다.

노이즈 스펙트럼 – 고유 잡음 전류 또는 전압은 잡음 스펙트럼 밀도 형식으로 나타낼 수 있는 주파수의 함수입니다.

비선형성 – 광 검출기의 비선형성은 RF 출력을 제한합니다.

“활성 태양 에너지의 장점 ”

광검출기 유형

광 검출기는 광전 또는 광 방출 효과, 편광 효과, 열 효과, 약한 상호 작용 또는 광화학 효과와 같은 빛의 감지 메커니즘을 기반으로 분류됩니다. 다양한 유형의 광검출기는 주로 광다이오드, MSM 광검출기, 광트랜지스터, 광전도 검출기, 광전관 및 광전자 증배관을 포함합니다.

포토다이오드

공핍 영역에서 빛을 흡수하여 광전류를 발생시키는 PIN 또는 PN 접합 구조의 반도체 소자입니다. 이 장치는 빠르고 선형적이며 매우 콤팩트하며 높은 양자 효율을 생성합니다. 즉, 각 입사 광자 및 높은 동적 범위에 대해 거의 하나의 전자를 생성합니다. 자세한 내용은 이 링크를 참조하십시오. 포토다이오드 .

포토다이오드

MSM 광검출기

MSM(금속-반도체-금속) 광검출기는 2개를 포함합니다. 쇼트키 연락처보다는 PN접합 . 이러한 검출기는 최대 수백 GHz 대역폭의 포토다이오드에 비해 잠재적으로 더 빠릅니다. MSM 감지기를 사용하면 매우 큰 영역의 감지기가 대역폭 저하 없이 광섬유와 쉽게 결합할 수 있습니다.

MSM 광검출기

포토트랜지스터

포토트랜지스터는 광전류의 내부 증폭을 이용하는 포토다이오드의 한 유형입니다. 그러나 이들은 포토다이오드에 비해 자주 사용되지 않습니다. 이들은 주로 광 신호를 감지하고 디지털 전기 신호로 변경하는 데 사용됩니다. 이러한 구성 요소는 전류가 아닌 빛을 통해 간단하게 작동합니다. 광트랜지스터는 저렴하고 많은 이득을 제공하므로 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 자세한 내용은 이 링크를 참조하십시오. 포토트랜지스터 .

포토트랜지스터

광전도 검출기

광전도 검출기는 포토레지스터, 포토셀 및 빛에 의존하는 저항기 . 이 검출기는 CdS(황화 카드뮴)와 같은 특정 반도체로 만들어집니다. 따라서 이 검출기는 저항을 검출하기 위해 두 개의 연결된 금속 전극이 있는 반도체 재료를 포함합니다. 포토다이오드에 비해 비싸지는 않지만 상당히 느리고 극도로 민감하지 않으며 비선형 응답을 나타냅니다. 또는 장파장 IR 광선에 반응할 수 있습니다. 광전도 검출기는 가시 파장 범위, 근적외선 파장 범위 및 IR 파장 범위와 같은 분광 응답성의 기능에 따라 여러 유형으로 구분됩니다.

광전도 검출기

포토튜브

광검출기로 사용되는 가스로 채워진 튜브 또는 진공관을 광전관이라고 합니다. 포토튜브는 광전자 검출기 외부 광전 효과 또는 광 방출 효과를 사용합니다. 이 튜브는 자주 비우거나 때때로 저압의 가스로 채워집니다.

광전관

광전자 증배관

광전자 증배관은 입사 광자를 전기 신호로 바꾸는 광전관의 한 유형입니다. 이 검출기는 훨씬 향상된 응답성을 얻기 위해 전자 증배 프로세스를 사용합니다. 활성 영역이 넓고 속도가 빠릅니다. Photomultiplier tube, Magnetic photomultiplier, Electrostatic photomultiplier 및 Silicon photomultiplier와 같은 다양한 유형의 photomultiplier가 있습니다.

광전자 증배관

광검출기 회로도

광검출기를 이용한 광센서 회로는 아래와 같다. 이 회로에서 포토다이오드는 빛의 유무를 감지하는 광검출기로 사용된다. 이 센서의 감도는 프리셋을 사용하여 간단하게 조정할 수 있습니다.

“송신기 모듈이란 무엇입니까 ”

이 광 센서 회로의 필수 구성 요소는 주로 포토 다이오드, LED, LM339 IC , Resistor, Preset 등 아래의 회로도에 따라 회로를 연결합니다.

포토다이오드를 광검출기로 사용한 광센서 회로

일하고 있는

광다이오드는 일단 빛이 떨어지면 회로 내에서 전류를 생성하는 광검출기로 사용됩니다. 이 회로에서 포토다이오드는 R1 저항을 통해 역방향 바이어스 모드로 사용됩니다. 따라서 이 R1 저항은 포토다이오드에 엄청난 양의 빛이 떨어지는 경우 포토다이오드 전체에 너무 많은 전류를 공급하는 것을 허용하지 않습니다.

포토다이오드에 빛이 떨어지지 않으면 LM339 비교기(반전 입력)의 핀 6에서 전위가 높아집니다. 이 다이오드에 빛이 떨어지면 다이오드 전체에 전류가 공급되어 전압이 떨어집니다. 비교기의 7번 핀(비반전 입력)은 VR2(가변 저항기)에 연결되어 비교기의 기준 전압을 설정합니다.

여기서 비교기는 반전 입력에 비해 비교기의 비반전 입력이 높을 때 작동하고 출력은 높게 유지됩니다. 따라서 핀 1과 같은 IC의 출력 핀은 발광 다이오드에 연결됩니다. 여기서, 기준 전압은 임계 조도에 대응하도록 미리 설정된 VR1 전반에 걸쳐 설정된다. 출력에서 광다이오드에 빛이 떨어지면 LED가 켜집니다. 따라서 반전 입력은 비반전 입력에 설정된 기준에 비해 더 낮은 값으로 떨어집니다. 따라서 출력은 발광 다이오드에 필요한 순방향 바이어스를 공급합니다.

광검출기 대 포토다이오드

광검출기와 포토다이오드의 차이점은 다음과 같습니다.

광검출기	포토다이오드
광검출기는 광센서입니다.	빛에 민감한 반도체 다이오드입니다.
광검출기는 빛을 감지하기 위해 증폭기와 함께 사용되지 않습니다.	포토다이오드는 그 위에 떨어지는 빛에 따라 변화하는 누설 전류를 허용하기 때문에 낮은 수준의 빛을 감지하기 위해 증폭기를 사용합니다.
광검출기는 단순히 0.73eV 밴드 갭을 가진 화합물 반도체로 만들어집니다.	포토다이오드는 두 개의 P형과 N형 반도체로 간단하게 만들어집니다.
이들은 포토다이오드보다 느립니다.	이들은 광검출기보다 빠릅니다.
광검출기 응답은 광다이오드에 비해 빠르지 않습니다.	광다이오드 응답은 광검출기에 비해 훨씬 빠릅니다.
더 민감합니다.	덜 민감합니다.
광검출기는 빛의 광자 에너지를 전기 신호로 변환합니다.	포토다이오드는 빛 에너지를 변환하고 빛의 밝기도 감지합니다.
광검출기의 온도 범위는 8K – 420K입니다.	포토다이오드 온도 범위는 27°C ~ 550°C입니다.

광검출기의 양자 효율

광검출기의 양자 효율은 광전도체를 통해 흡수되어 생성된 전자가 검출기 단자에 수집되는 입사 광자의 비율로 정의할 수 있습니다.

양자 효율은 'η'로 표시할 수 있습니다.

양자 효율(η) = 생성된 전자/총 입사 광자 수

따라서,

η = (전류/전자의 전하)/(총 입사 광자의 광출력/광자 에너지)

따라서 수학적으로는 다음과 같이 됩니다.

η = (Iph/e)/(PD/hc/λ)

장점과 단점

광검출기의 장점은 다음과 같습니다.

광검출기는 크기가 작습니다.
감지 속도가 빠릅니다.
탐지 효율이 높습니다.
소음이 적습니다.
이들은 비싸지 않고 작고 가볍습니다.
그들은 긴 수명을 가지고 있습니다.
그들은 높은 양자 효율을 가지고 있습니다.
고전압이 필요하지 않습니다.

그만큼 광검출기의 단점 다음을 포함하십시오.

감도가 매우 낮습니다.
내부 이득이 없습니다.
응답 시간이 매우 느립니다.
이 감지기의 활성 영역은 작습니다.
전류 내에서의 변화는 극히 적기 때문에 회로를 구동하기에 적합하지 않을 수 있습니다.
오프셋 전압이 필요합니다.

광검출기의 응용

광검출기의 용도는 다음과 같습니다.

광검출기는 슈퍼마켓의 자동문에서 가정 내 TV 리모콘에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용됩니다.
이들은 광통신, 보안, 야간 투시, 비디오 이미징, 생물 의학 이미징, 동작 감지 및 가스 감지에 사용되는 필수 중요 구성 요소로 빛을 전기 신호로 정확하게 변환할 수 있습니다.
이들은 광 전력 및 광속 측정에 사용됩니다.
이들은 주로 다양한 종류의 현미경 및 광학 센서 설계에 사용됩니다.
이것은 레이저 거리 측정기에 중요합니다.
이들은 일반적으로 주파수 계측, 광섬유 통신 등에 사용됩니다.
광도 측정 및 방사 측정의 광 검출기는 광 출력, 광 강도, 조도 및 광속과 같은 다양한 속성을 측정하는 데 사용됩니다.
이들은 분광기, 광학 데이터 저장 장치, 광 배리어, 빔 프로파일러, 형광 현미경, 자동 상관기, 간섭계 및 다양한 종류의 광학 센서 내에서 광학 전력을 측정하는 데 사용됩니다.
이들은 LIDAR, 레이저 거리 측정기, 야간 투시 장치 및 양자 광학 실험에 사용됩니다.
이들은 광학 주파수 계측, 광섬유 통신 및 레이저 노이즈 또는 펄스 레이저의 분류에도 적용할 수 있습니다.
여러 개의 동일한 광 검출기가 있는 2차원 배열은 주로 초점면 배열로 사용되며 이미징 응용 프로그램에 자주 사용됩니다.