فوتودیود (Photodiode)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
فوتودیود (Photodiode) :
فوتودیود یک قطعه نیمه هادی است که نور را به جریان الکتریکی تبدیل می کند. این یکی از اساسی ترین و پرکاربردترین سنسورهای نوری است. فوتودیود یک پیوند PN (یا PIN) است که در آن ناحیه تخلیه ( depletion region) با نور مواجه می شود. هنگامی که یک فوتون با انرژی کافی (بزرگتر از شکاف باند نیمه هادی) به ناحیه تخلیه برخورد می کند، یک جفت الکترون-حفره تولید می کند. تحت تأثیر میدان الکتریکی داخلی در ناحیه تخلیه، الکترون ها به سمت ناحیه N و حفره ها به سمت ناحیه P حرکت می کنند و در نتیجه یک جریان الکتریکی (جریان نوری) در مدار خارجی ایجاد می شود.
فوتودیودها می توانند در دو حالت کار کنند:
حالت فوتوولتاییک (Photovoltaic mode): بدون بایاس خارجی. فوتودیود مانند یک سلول خورشیدی عمل کرده و ولتاژ تولید می کند. این حالت برای کاربردهای کم توان و فرکانس پایین مناسب است.
حالت فوتوکانداکتیو (Photoconductive mode): با بایاس معکوس. در این حالت، ناحیه تخلیه گسترده تر شده و سرعت پاسخ افزایش می یابد، اما جریان تاریکی (نویز) نیز بیشتر می شود. این حالت برای کاربردهای با سرعت بالا و فرکانس بالا (مانند ارتباطات نوری) استفاده می شود.
پارامترهای مهم یک فوتودیود عبارتند از:
پاسخ دهی (Responsivity): نسبت جریان نوری به توان نوری ورودی (A/W). به طول موج نور وابسته است.
طول موج قطع (Cut-off wavelength): بیشینه طول موجی که فوتودیود به آن پاسخ می دهد. برای سیلیکون حدود ۱۱۰۰ نانومتر است.
جریان تاریکی (Dark current): جریانی که در غیاب نور از دیود عبور می کند. منبع اصلی نویز است.
سرعت پاسخ (Response time): سرعت واکنش به تغییرات نور. به ظرفیت خازنی دیود و مقاومت بار بستگی دارد.
\[ I_{ph} = R(\lambda) \cdot P_{opt} \]انواع فوتودیود بر اساس ساختار: PN (ساده و کم هزینه)، PIN (با ناحیه ذاتی برای سرعت بالاتر و حساسیت بیشتر)، و آوالانش (APD) که با بهره داخلی بالا برای نورهای بسیار ضعیف مناسب است.
کاربردها: ارتباطات فیبر نوری، پالس اکسیمتر، سنسورهای نور محیط، اسکنر بارکد، آشکارسازهای لیزری، و تجهیزات اندازه گیری نوری.
