Fotonika je termín pro označení oboru vědy a techniky, který zahrnuje jevy a zařízení, ve kterých je kontrolovaným způsobem ovládaný tok fotonů. Vznikl analogicky k termínu elektronika. V případě elektroniky se jedná o oblast zabývající se jevy a zařízeními, ve kterých je řízen tok elektronů. Vznik fotoniky je důsledkem vývoje, který nastal v optice po třech velkých objevech: vynálezu laseru, zvládnutí technologie optických vláken a zvládnutí výroby polovodičových optických prvků (luminiscenčních diod, laserových diod, a fotodiod).
Podobně jako polovodičové lasery jsou fotodiody optickém vstupu pouzdra opatřeny
buď okénkem (pro příjem optického výkonu volného prostoru) nebo (jsou-li určeny pro
detekci výkonu vlákna) tzv. Kapacita fotodiody daná
vztahem
w
S
C ,
kde plocha přechodu permitivita prostředí.
Proudová citlivost fotodiody definuje jako proud jejím výstupu vztažený jednotce
optického výkonu, který fotodiodu dopadá:
dP
dI
SI .
Čím větší aktivní plocha fotodiody, tím větší výkon přijímá, ale zvyšuje časová
konstanta τ.Fotonika optické komunikace 59
Fotodiody typu PIN
• rozšíření ochuzené vrstvy (vrstva „I“ mezi vrstvami „P“ a“N“) zvětšuje aktivní oblast
příjmu fotonů
• zmenšuje kapacitu přechodu
• zvyšuje průletovou dobu (negativně ovlivňuje dobu náběhu, šířku pásma přenosu,
přenosovou rychlost)
• dosažitelné doby náběhu: desítky ps
• typická proudová citlivost: 0,6 A/W
• materiály: AlGaAs/GaAs pro pásmo 850 nm; InGaAs/InP pro 1300 1550 nm;
HgCdTe/CdTe pro 3000 17000 nm; InGaAsP/InP GaAlAsSb/GaSb pro
920 1700 nm
Časová konstanta fotodiody PIN vyjádřena vztahem
τ −w
vT
10 10
s,
kde tloušťka vrstvy „I“ rychlost nositelů náboje.
Šumové vlastnosti fotodiod jsou definovány veličinou výkon ekvivalentní šumu (NEP).W-1
) pro délku vlny 900 nm. „pigtailem“. křemíkových PIN fotodiod dosahuje
maximální citlivosti (0,6 A. Typická hodnota kapacity fotodiody je
10 pF. Velikost aktivní plochy bývá tvaru kruhu průměrem 0,1 více).
Citlivost fotodiody spektrálně závislá.
NEP určuje střední výkon harmonicky modulovaného optického výkonu, při kterém střední
hodnota napětí fotodiodě rovna standardní odchylce šumového napětí. Uvedenou definici
lze vyjádřit zápisem:
.
Napěťová citlivost optického přijímače definuje jako napětí výstupu přijímače
vztažené jednotce optického výkonu, který fotodiodu dopadá:
dP
dU
SU
