Introducción

Un fotodiodo es un transductor de energía óptica a eléctrica en forma de corriente.

Los requisitos de un fotodiodo para un sistema de comunicaciones son:

• Alta sensitividad para longitudes de transmisión.
• Alta fidelidad o respuesta lineal.
• Tiempo de respuesta corto.
• Introducir el mínimo ruido.
• Características estables con la temperatura.
• Tamaño compatible con la fibra.
• Tiempo de vida elevado.
• Coste bajo.

Principio de funcionamiento

Los electrones en un semiconductor se agrupan en la banda de conducción y en la de valencia, separadas por el gap.

Mediante la absorción de un fotón se genera un par electrón-hueco, libres de moverse por el semiconductor bajo un campo eléctrico produciendo una corriente de salida. Las cargas generadas por la absorción se llaman fotoportadores; la corriente generada, fotocorriente.

La energía óptica que llega a un fotodetector puede ser:

• Reflejada.
• Ignorada.
• Convertida a pares electrón-hueco.
• Absorbida por otros mecanismos.

Para evitar la reflexión se aplican capas antirreflectantes en la cara de incidencia de la señal óptica.

Tipos

Fotodiodo PIN

El fotodiodo PIN es un diodo semiconductor al que se le ha introducido una zona intermedia llamada intrínseca para que la eficiencia del fotodiodo sea alta.

El problema que presenta es que el tiempo de tránsito de los fotoportadores es mayor, aumentando el tiempo de respuesta. Por este motivo, el tamaño de la zona intrínseca se escoge según un compromiso entre eficiencia y tiempo de respuesta.

Fotodiodo APD

El fotodiodo APD o de avalancha es un fotodiodo con ganancia interna debido al efecto de avalancha. El par electrón-hueco inicial se crea por la absorción de un fotón. Este par inicial provoca pares secundarios, la corriente secundaria.

Las diferencias del APD con respecto al PIN son:

• Tiene una sensibilidad superior, lo que permite detectar niveles de potencia menores.
• Tiene un mayor margen dinámico de entrada óptica, logrando más fidelidad.
• Es más complejo y caro.
• Introduce más ruido.
• Consume más potencia.
• La ganancia depende de la temperatura, por lo que necesita un control de temperatura.