Влияние внешнего фонового оптического излучения на плоский угол зрения кремниевых фотоэлектронных умножителей

Представлены результаты исследования влияния внешнего фонового оптического излучения на плоский угол зрения кремниевых фотоэлектронных умножителей (SiФЭУ). Актуальность исследования обусловлена развитием открытых оптических систем, в которых оптическое излучение подвергается воздействию внешнего фонового оптического излучения, что может привести к ухудшению качества регистрируемого сигнала. При перемещении объекта в пространстве может меняться угол падения оптического излучения на фоточувствительную поверхность фотоприемника, поэтому одной из его наиболее важных характеристик, применяемых в открытых оптических системах связи, является плоский угол зрения. Для проведения исследования были выбраны кремниевые фотоэлектронные умножители трех моделей, имеющие схожую структуру и параметры, а именно КОФ5-1035, Ketek РМ 3325 и ON Semi FC 30035. Установлено, что с увеличением уровня освещенности внешнего фонового оптического излучения диаграмма направленности фотоприемника сужается, что связано с уменьшением плоского угла зрения. Наиболее сильная зависимость величины плоского угла зрения от уровня освещенности наблюдалась для КОФ5-1035, а наиболее слабая – для Ketek РМ 3325. Показано, что восстановить плоский угол зрения до первоначального значения можно путем повышения перенапряжения и использования светофильтра с полосой пропускания 470 ± 20 нм. Максимальное значение освещенности, при котором существовала возможность восстановить величину плоского угла зрения до первоначального значения, составляла 3000 лк для всех исследуемых SiФЭУ. Полученные результаты представляют собой потенциально ценный ресурс для разработки и совершенствования оптических систем связи общего доступа. 

1. Open optical communication systems at a hyperscale operator / M. Newland, R. Schmogrow, M. Cantono [et al.] // Journal of Optical Communications and Networking. – 2020. – Vol. 12, № 6. – P. 50–58. https://doi.org/10.1364/JOCN.381897

2. Perwej, Y. The Next Generation of Wireless Communication Using Li-Fi (Light Fidelity) Technology / Y. Perwej // Journal of Computer Networks. – 2017. – Vol. 4, № 1. – Р. 20–29. https://doi.org/10.12691/jcn-4-1-3

3. Abisayo, A. Optically Amplified Free-space Optical Communication Systems / A. Abisayo. – University of Nottingham, 2013. – 209 p. – URL: https://eprints.nottingham.ac.uk/13304/1/AladelobaAbisayoThesis.pdf (date of access 25.09.2024)

4. Quantum Communications and Cryptography / ed. A. V. Sergienko. – CRC press, 2019. – 248 р. https://doi.org/10.1201/9781315221120

5. Secure quantum key distribution with realistic devices / Feihu Xu, Xiongfeng Ma, Qiang Zhang [et al.] // Reviews of Modern Physics. – 2020. – Vol. 92. – Art. ID 025002. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.92.025002

6. Регистрация оптического излучения переменной интенсивности в режиме счета фотонов лавинным фотодиодом / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич, О. В. Кочергина [и др.] // Оптический журнал. – 2021. – Т. 88, № 11. – С. 9–15. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-11-09-15

7. Silicon photomultiplier current and prospective applications in biological and radiological photonics / M. Staglianoa, L. Abegão, A. Chiericia, F. d’Erricoa // EPH – International Journal of Science and Engineering. – 2018. – Vol. 4, Iss. 10. – P. 10–29. https://doi.org/10.53555/eijse.v4i4.143

8. Кремниевый фотоэлектронный умножитель. Новые возможности / С. Клемин, Ю. Кузнецов, Л. Филатов [и др.] // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. – 2007. – № 8. – С. 80–86.

9. Special Issue on: Optical Wireless Communications for Emerging Connectivity Requirements / Mohammad Ali Khalighi, Zabih Ghassemlooy, M.-S. Alouini [et al.] // IEEE Open Journal of the Communications Society. – 2021. – Vol. 2. – P. 82–86. https://doi.org/10.1109/OJCOMS.2020.3045818

10. Гулаков, И. Р. Спектральные характеристики кремниевых фотоэлектронных умножителей / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич, О. В. Кочергина // Успехи прикладной физики. – 2021. – Т. 9, № 2. – С. 164–171. https://doi.org/10.51368/2307-4469-2021-9-2-164-171

11. Ландсберг, Г. С. Оптика: учеб. пособие для вузов / Г. С. Ландсберг. – 6-е изд., стер. – М.: Физматлит, 2003. – 848 с.

12. Зеневич, А. О. Исследование динамического диапазона кремниевых фотоэлектронных умножителей / А. О. Зеневич, О. В. Кочергина // Известия высших учебных заведений. Электроника. – 2021. – Т. 26, № 1. – С. 30–39. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2021-26-1-30-39

13. Гулаков, И. Р. Фотоприемники квантовых систем / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич. – Минск: УО ВГКС, 2012. – 276 с.

14. Гулаков И. Р. Плоский угол зрения / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич, О. В. Кочергина // Известия вузов. Электроника. – 2023. – Т. 28, № 3. – С. 360–367. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-3-360-367

15. Асаёнок, М. А. Работа кремниевых фотоэлектронных умножителей со структурой p+–p–n+ в режиме одноквантовой регистрации / М. А. Асаёнок, А. О. Зеневич, О. В. Кочергина [и др.] // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя фізіка-тэхнічных навук. – 2020. – Т. 65, № 3. – С. 349–356. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-653-349-356

16. Асаёнок, М. А. Исследование характеристик кремниевых фотоэлектронных умножителей / М. А. Асаёнок, А. О. Зеневич // Прикладная физика. – 2018. – № 6. – С. 49–53.

17. Гулаков, И. Р. Влияние угла освещения на выходные параметры кремниевого фотоумножителя / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич, О. В. Кочергина // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя фізіка-тэхнічных навук. – 2023. – Т. 68, № 4. – С. 344–352. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2023-68-4-344-352