如何模擬得到光偵測器的頻寬

device

#1

您好, Lumerical DEVICE 提供Vertical photodetector 的網頁範例說明如何計算一個光偵測器的3dB 頻寬. 使用上不太明白如何應用到自己的器件模擬上, 所以提出四點詢問:

vpd_electrical_transient (2).ldev (2.8 MB)

(1). 我們做暫態模擬量頻寬時, 該如何適當選擇某一electrical contact的時間變化呢 ? 在DEVICE Vertical photodetector 範例中, 他在anode裡選擇了 t=0 時是-0.5V, 而t=1e6 (fs) 時是-0.5V. 這個1e6 fs 的選擇依據是什麼??
(2). 我們做暫態模擬量頻寬時, 該如何適當選擇shutter ton的時間呢 ? 範例裡是選擇1000 fs .
(3). 以上兩個時間的選擇有先後關係嗎? 或最小值嗎?
(4). Lumerical 有沒有其他的頻寬量測方法? 像是給不同sin波小信號的頻率做sweep,以觀察哪一個正弦波的頻率系統響應開始衰減?


#2

A1:暫態(transient,简体中文翻译为瞬态)性能是器件固有的性能,结果不会随你设置的时间t而变。不同的是,如果设置的太短,你仅看到时间信号的一部分,没有衰减彻底,因此计算3dB 頻寬的结果不准确(因为要用傅立叶变换);如果太长,显然仿真时间变长,但是3dB 頻寬结果正确。具体多少需要测试。

A2:shutter ton的時間并没有固定值,只要得到的时间响应(Response)没有过激(Overshot)现象就可以了。

A3:以上兩個時間的選擇有先後關係,shutter ton的時間是快门Shutter打开的时间,而Q1中的时间是整个仿真的时间。如果你把时间响应曲线画出来,从零开始,信号为零,shutter ton后才有信号,而仿真结束的时间是Q1中的时间。当然这是在信号源附近测量。如果探测器里信号源很远,时间响应将会后移。

A4:原则上也可以,不过这种方法你需要仿真很多次,没有必要(目前软件也不能这样设置)。你的这种方法相当于将正常的时间信号傅立叶分解,完全不必要。


#3

您好:
感謝詳細答覆. 兩點軟件特性讓我確認一下
Q1. 您說electrical contact裡瞬態模式所設定的時間, 就是整個瞬態仿真的時間. Lumerical Vertical photodetector 範例是把這個時間設置在anode的接點上, 而固定cathode接點仿真的電位. 請問一般應用時, 這個時間的設定是不是可以設定在任一個接點上? 因為重點是某一接點的電位接上了多久時間做仿真?
Q2. 我將瞬態仿真得到的step response電流(如下圖) 做傅立葉轉換得到在頻率域衰減的電流如下第二圖. 請問這個衰減電流的物理意義是指高頻信號下光感測器電流因為愈來愈跟不上信號頻率而遞減嗎? 基本上因為step response電流都是隨shutter on 之後隨時間遞增而後飽和, 所以頻率域的I(w)都是得到衰減的結果. 只是不知如何理解這個結果.

感謝!


#4

A1:应该可以。
A2:随频率衰减,说明这是一个“低频”探测器,如果信号变化太快(频率高),它就来不及探测了。所以有3DB带宽的要求。
不过你这个傅立叶变换的结果可能不准,因为长时间信号是恒定的,不符合傅立叶变换绝对可积(对信号的积分的结果不随时间而变)的原理。


#5

您好,

感謝您指出的問題! 我檢查過Lumerical vertical photodetector 範例裡計算頻寬的腳本, 它是對電流的時間微分dI/dt做傅立葉轉換, 由於dI/dt 一開始很高但長時間就衰減到零了, 所以這樣函數的FFT轉換應該是正確的. 但是如果我必須要看電流在頻率域的特性怎麼辦? 不好意思一直在問您, 但這個問題我必須問因為我必須在Lumerical DEVICE裡探討電流的頻率響應, 而不僅是範例裡的轉移函數 H = fft (dI/dt).

還是我另外貼一個帖子陳述我的使用問題?

感謝您


#6

電流在頻率域的特性,就是对dI/dt坐傅立叶变换。 因为, Step函数的导数就是得尔塔delta 脉冲函数:


因此,用我们例子的方法得到的就是電流在頻率域的特性,此时器件的输入相当于一个delta 脉冲函数,得到的就是器件的脉冲响应。


#7

原來如此, 謝謝您!