Um fotodetectador de banda larga (ou array de fotocélulas de banda larga) é um dispositivo ou grupo de dispositivos que converte luz em uma ampla faixa de comprimento de onda – tipicamente ultravioleta através do visível até infravermelho – em sinais elétricos.
Categorias de Cobertura Espectral
| Categoria | Faixa de Comprimento de Onda | Materiais Típicos |
|---|
| UV-Visível | 200-700 nm | Si, GaP, diamante |
| Visível-NIR | 400-1100 nm | Si, Ge, InGaAs |
| UV Solar Cego Total | 200-280 nm | AlGaN, diamante |
| Banda Larga UV-IR | 200-1700 nm | Si + InGaAs híbrido, InGaAs estendido |
| SWIR/MWIR/LWIR | 1-14 µm | InSb, HgCdTe, T2SL, QWIP |
Tecnologias Comuns de Fotodetectores de Banda Larga
Fotodiodos de Silício (Mais Comuns)
- Faixa espectral: ~190-1100 nm (pico ~900 nm)
- Variantes: PIN, avalanche (APD), Schottky
- Vantagens: Baixo custo, maduro, baixa corrente escura, alta linearidade
- Aplicações: Medidores de potência, espectrômetros, comunicações ópticas, LiDAR
Fotodiodos InGaAs (Padrão NIR/SWIR)
- Padrão: 800-1700 nm (estendido: 500-2600 nm, 500-3400 nm)
- Vantagens: Baixo ruído, alta QE em bandas de telecom (1310/1550 nm)
- Aplicações: Telecom, OCT, espectroscopia, imagem térmica
Fotodiodos de Germânio
- Faixa: 800-1800 nm
- Corrente escura maior que InGaAs, mas menor custo para grandes áreas
Tubos Fotomultiplicadores (PMTs)
- Faixa: 115-1700 nm (dependendo do fotocátodo: bialcalino, multialcalino, GaAsP, InGaAs)
- Ganho interno: 105-107 – detecção de fóton único
- Aplicações: Fluorescência, física de partículas, astronomia, quimioluminescência
Fotomultiplicadores de Silício (SiPMs / MPPCs)
- Equivalente de estado sólido dos PMTs – arrays de APD modo Geiger
- Faixa: 320-900 nm (versões NUV/Vis aprimoradas até 1000 nm)
- Ganho: 105-106, capacidade de contagem de fótons
Tecnologias Emergentes de Banda Larga
- Fotodetectores de grafeno/materiais 2D: Ultrabanda larga (UV-THz), ultrarrápido
- Fotodetectores de perovskita: Bandgap ajustável, processável em solução
- Detectores de pontos quânticos coloidais (CQD): Resposta SWIR ajustável
- Empilhamentos híbridos Si/InGaAs: Integração monolítica para 400-1700 nm
Principais Métricas de Desempenho
- Responsividade (A/W): Corrente de saída por potência óptica – dependente de comprimento de onda
- Eficiência Quântica (%): Elétrons coletados por fóton incidente
- Potência Equivalente de Ruído (NEP): Potência óptica mínima detectável (W/√Hz)
- Largura de Banda / Tempo de Subida: Velocidade de resposta elétrica
- Faixa Dinâmica: Razão entre sinal linear máximo e piso de ruído
- Corrente Escura: Corrente de vazamento a iluminação zero
Aplicações Típicas
- Espectrorradiometria e espectrofotometria
- Tomografia de coerência óptica (OCT)
- Sensoriamento de gás (multi-espécies, absorção banda larga)
- Monitoramento de combustão/chama
- Comunicação óptica de espaço livre
- Monitoramento de processo industrial
- Pesquisa científica (pump-probe, espectroscopia resolvida no tempo)
Selecionar um fotodetectador de banda larga requer equilibrar faixa espectral, velocidade, sensibilidade, ruído e custo – nenhuma tecnologia única se destaca em todas as dimensões simultaneamente.
