1. otimizar o desempenho do detector fotoelétrico principal

O detector fotoelétrico é o componente central da conversão óptico-elétrica, cujo desempenho determina diretamente a eficiência da conversão básica.

Escolha materiais de alta resposta: a preferência é adotar materiais semicondutores de banda estreita como GaAs (arsenito de gálio), InGaAs (arsenito de gálio indio), tais materiais são mais eficientes na absorção de fótons em comprimentos de onda específicos (como as bandas de comunicação 1310nm e 1550nm), que podem converter mais energia fotográfica em veículos fotogênicos.

Otimizar o design da estrutura do detector: Aumentar a probabilidade de absorção de fótons e a eficiência da coleta de veículos fotogênicos aumentando a espessura da área de esgotamento do PN, adotando uma estrutura de multiplicação de fotodiodos avalanche (APD) ou projetando um detector fotoelétrico reforçado com cavidade de ressonância (RCE-PD), por exemplo, o APD pode amplificar o fluxo fotoelétrico fraco através do efeito de multiplicação avalanche, melhorando significativamente a eficiência de conversão sob luz fraca.

Reduzir a corrente escura do detector: melhorando a pureza do material (reduzindo defeitos de impurezas), otimizando o processo de fabricação (como o crescimento da camada de passivação), reduzindo a corrente escura do detector quando não há luz, reduzindo a interferência da corrente inútil na corrente óptica eficaz e melhorando a eficiência de conversão líquida.

Redução da perda de transmissão óptica e acoplamento

A perda de sinais ópticos antes da transmissão e da entrada no detector diminui diretamente a potência óptica que chega ao detector e exige a otimização do projeto de circuito óptico.

Otimizar a estrutura de acoplamento óptico: a utilização de lentes ópticas de alta precisão (como uma matriz de microlentes), uma matriz de fibras ópticas ou um acoplador de rastre, em vez do método de acoplamento direto tradicional, focaliza a luz difusa da saída da fibra óptica na superfície sensível à luz do detector, reduzindo a perda de luz causada pelo desvio de acoplamento, o ideal é aumentar a eficiência de acoplamento de 60% para mais de 90%.

Controle da reflexão e dispersão da via óptica: na interface crítica da via óptica (por exemplo, superfície da lente, janela do detector) revestimento (por exemplo, membrana permeável, membrana antirreflexo), reduzir a perda de reflexão do sinal de luz; Ao mesmo tempo, escolha materiais ópticos de baixa dispersão (como quartzo de alta pureza) para reduzir a perda de dispersão da luz durante a transmissão.

Reduzir a distância de transmissão do caminho óptico: minimize o caminho de transmissão do sinal óptico dentro do módulo para evitar a diminuição da potência óptica resultante da transmissão a longas distâncias, como a integração direta do detector com a interface de fibra óptica para reduzir o número de componentes ópticos intermediários.

Otimizar o processamento de sinais dos circuitos posteriores

A corrente óptica precisa ser convertida em sinal de tensão e amplificada através de circuitos subsequentes (como pré-amplificadores, circuitos de regulamento de sinal), e a racionalidade do projeto do circuito afetará a fidelidade e eficiência finais do sinal.

Incompatibilidade do detector com a impedância do preamplificador: de acordo com a impedância de saída do detector (geralmente alta impedância), projete um preamplificador com baixa impedância de entrada (como um amplificador de tubo de efeito polar covalente) para reduzir a reflexão e a perda de sinal causadas pela incompatibilidade de impedância e garantir a transmissão eficiente da corrente óptica para o circuito de amplificação.

Reduzir o ruído do circuito: Adotar dispositivos de baixo ruído (como amplificadores operacionais de baixo ruído, resistência à deriva de baixa temperatura), otimizar o layout do circuito (como reduzir a interferência cruzada entre a linha de sinal e a linha de alimentação) e introduzir tecnologias de supressão de ruído (como amplificação diferencial, circuito de filtro), reduzir o ruído térmico e o ruído atual na interferência do sinal de luz fraca, evitar que o ruído mascare o sinal eficaz e melhorar indiretamente a eficiência da conversão.

Otimizar amplificação e condicionamento do sinal: de acordo com a faixa dinâmica do sinal óptico, projetar um amplificador de ganho adaptativo para maximizar a amplificação do sinal eficaz sob a premissa de garantir a insaturação do sinal; Ao mesmo tempo, filtra ruído de alta frequência e deriva de baixa frequência através do circuito de filtro, melhorando a relação sinal-ruído do sinal elétrico de saída.

Ambiente de trabalho do módulo de controle e resfriamento

Fatores ambientais (como temperatura e umidade) podem afetar a estabilidade do desempenho do dispositivo, reduzindo a eficiência da conversão e garantindo que o dispositivo funcione no melhor estado possível através do controle ambiental.

Temperatura de funcionamento estável: a resposta do detector fotoelétrico (especialmente APD), a corrente escura é sensível à temperatura, o aumento da temperatura pode levar ao aumento da corrente escura e à redução da resposta. Os componentes de controle de temperatura podem ser integrados no módulo (por exemplo, refrigeradores de semicondutores TEC, placas de radiação) para estabilizar a temperatura do detector no intervalo ideal de 25 ° C a 30 ° C, reduzindo o impacto das flutuações de temperatura na eficiência da conversão.

Controle da umidade e impurezas ambientais: o interior do módulo é selado, preenche o nitrogênio seco ou use um secador para evitar que o ar úmido leve aos componentes ópticos a mofo e oxidação de componentes metálicos, evitando o aumento da perda de vias ópticas; Ao mesmo tempo, o controle de impurezas como poeira durante o processo de fabricação evita que a sua adesão à superfície óptica afete a transmissão da luz.