1. 핵심 광전 탐지기 성능 최적화

광전 탐지기는 광-전기 변환의 핵심 부품으로 그 성능이 기초 변환 효율을 직접 결정한다.

고응답도 소재 선택: 특정 파장 (예: 1310nm, 1550nm 통신 대역) 의 광자 흡수 효율이 더 높고 더 많은 광 에너지를 광생 캐리어로 변환 할 수있는 GaAs (비화갈륨), InGaAs (인듐갈륨비소) 와 같은 좁은 대역 갭 반도체 재료를 우선적으로 사용합니다.

탐지기 구조 설계 최적화: PNE-PD(PN결합 소진 영역의 두께를 증가시키고, 눈사태 광전 다이오드(APD)의 배증 구조를 채택하거나, 공진강 증강형 광전 탐지기(RCE-PD)를 설계하여 광자 흡수 확률과 광 생성 캐리어의 수집 효율을 높인다. 예를 들어 APD는 눈사태를 통해 미약한 광전류를 증폭시켜 약한 빛의 전환 효율을 크게 높여야 한다.

탐측기의 암전류 감소: 재료의 순도 개선 (불순물 결함 감소), 제조 공정 최적화 (예: 둔화층 성장), 탐측기가 빛이 없을 때의 암전류를 감소시키고, 유효한 광전류에 대한 무용전류의 간섭을 감소시킴으로써 순전환 효율을 높인다.

2. 광선 전송 및 결합 손실 감소

광신호가 전송되고 탐측기에 진입하기전의 손실은 탐측기에 도달하는 광공률을 직접 낮추므로 광로설계를 중점적으로 최적화해야 한다.

광 결합 구조 최적화: 고정밀 광학 렌즈 (예: 마이크로 렌즈 배열), 광섬유 배열 또는 래스터 결합기를 사용하여 전통적인 직접 결합 방식을 대체하고 광섬유 출력의 발산 광선을 탐지기 광민면에 초점을 맞추어 결합 편차로 인한 광 손실을 줄이며 이상적인 경우 결합 효율을 60% 에서 90% 이상으로 향상시킬 수 있습니다.

광로 반사 및 산란 제어: 광로 핵심 인터페이스 (예: 렌즈 표면, 탐지기 창) 에 도금 (예: 증투막, 항반사막) 하여 광신호의 반사 손실을 감소시킵니다.동시에 저산란의 광학 재료 (예: 고순도 석영) 를 선택하여 전송 과정에서 빛의 산란 손실을 줄인다.

광로 전송 거리 단축: 모듈 내부에서 광신호의 전송 경로를 최대한 단축하여 장거리 전송으로 인한 광 전력 감쇠를 피한다. 예를 들어 탐지기를 광섬유 인터페이스와 직접 통합하여 중간 광학 소자의 수를 줄인다.

3. 후속 회로의 신호 처리 최적화

광전류는 후속 회로 (예: 전면 증폭기, 신호 조정 회로) 를 통해 전압 신호로 변환하고 증폭해야 하며, 회로 설계의 합리성은 최종 신호 충실도와 효율에 영향을 줄 수 있다.

정합 탐지기와 전치 증폭기 임피던스: 탐지기의 출력 임피던스 (일반적으로 고저항) 에 근거하여 저입력 임피던스의 전치 증폭기 (예: 공원극장 효과관 증폭기) 를 설계하여 임피던스 불일치로 인한 신호 반사와 손실을 줄이고 광전류가 증폭 회로로 효율적으로 전달되도록 확보한다.

회로 소음 감소: 저소음 장치 (예: 저소음 연산 증폭기, 저온 표류 저항) 를 사용하여 회로 레이아웃 (예: 신호선과 전원선의 교차 간섭 감소) 을 최적화하고 소음 억제 기술 (예: 차분 증폭, 필터 회로) 을 도입하여 열소음, 전류 소음이 미약한 광신호에 대한 간섭을 낮추고 소음이 유효한 신호를 가리지 않도록 하며 간접적으로 전환 효율을 높인다.

신호의 증폭과 조정을 최적화한다: 광신호의 동적 범위에 근거하여 자체 적응 이득 증폭기를 설계하여 신호의 불포화를 보장하는 전제하에 유효 신호를 최대화한다;동시에 필터 회로를 통해 고주파 소음과 저주파 표류를 필터하여 출력 전신호의 신호 소음비를 높인다.

4. 제어 모듈 작업 환경 및 냉각

온도, 습도와 같은 환경 요소는 부품의 성능 안정성에 영향을 주고 변환 효율을 떨어뜨리므로 환경 제어를 통해 부품이 최상의 상태에서 작동하도록 보장해야 한다.

안정된 작동 온도: 광전 탐지기 (특히 APD) 의 응답도, 암전류는 온도에 민감하며 온도가 높아지면 암전류가 증가하고 응답도가 떨어진다.모듈 내에 온도 제어 소자 (예: 반도체 냉각기 TEC, 방열 필름) 를 통합하여 탐지기의 온도를 25 ℃ -30 ℃ 의 최적 구간으로 안정시켜 온도 파동이 전환 효율에 미치는 영향을 줄일 수 있다.

환경 습도와 불순물 제어: 모듈 내부는 밀봉 설계를 채택하여 건조한 질소를 충전하거나 건조제를 사용하여 습한 공기로 인해 광학 부품이 습기를 받아 곰팡이가 피고 금속 부품이 산화되는 것을 방지하고 광로 손실이 증가하지 않도록 한다;동시에 제조 과정에서 먼지 등 불순물을 통제하여 광학 표면에 부착되어 빛 전송에 영향을 주지 않도록 한다.