Avalanche photodiode 스펙 보기(3)

이어서 양자 효율에 관한 이야기를 해 보도록 하겠다.

Quantum efficiency

이것은 아주 간단한 개념이고, 위에서 설명한 스펙트럼에 대한 민감도와 관련이 있는 양이다. QE는 간단히 말하면, 들어온 빛 중에서 몇%나 전류로 변환되었는가에 대한 값이다. 특히, 들어온 광자의 수와 방출된 전자의 수의 비율을 뜻한다. 가령 QE가 50%라는 것은 100개의 광자가 들어왔을 때 내놓는 전자의 수가 50개라는 뜻이다. 물론 아주 좋은, 이상적인 PD의 경우 100%겠지만, 반도체 내부의 여러 사정이 있기 때문에 100%의 QE는 불가능하다.

QE는 내부QE(Internal QE, IQE)와 외부 QE(External QE, EQE)로 구분되는데, 어려운 개념은 아니다. EQE는 외부에서 들어온 빛 전체에 대해서 전자로 변환된 효율을 말하며, 통상적으로 우리가 고려해야 하는 QE가 된다. IQE는 흡수된 광자에 대해서 전자로 변환된 효율을 말하며, 반사되거나 투과한 광자는 빼고 계산한다. 당연히 IQE는 EQE보다 높다.

만약 단일 광자 하나하나를 측정해야 하는 경우, 대체로 APD를 많이 쓰는데, 이런 경우에는 QE가 중요한 고려 사항이 될 수가 있다. 왜냐하면 광자가 몇개 없으니까 놓치면 곤란하기 때문이다. 특히, 가시광선 영역에서는 그래도 80%에 달하는 QE가 나오는 APD가 있지만, 근적외선 영역(1550nm대역)에서는 잘해야 25%정도가 최선의 QE이다. 한가지 덧붙이자면, 초전도체 나노선 PD(Superconducting Nanowire Single photon detector, SNSPD)의 경우 근적외선 영역에서도 80%라는 이야기가 있다.

http://www.scontel.ru/products/sspd/

SNSPD는 APD랑은 다른 원리를 이용하며, 물론 초전도체를 사용하므로 반도체를 사용한 APD와는 특성이 다르다.

자신이 해야 하는 실험에서 필요한 QE가 얼마여야 하는지 생각해 보도록 하자. 특히, Loop-hole free Bell measurement를 하기 위해서는 높은 QE가 필요하다. 그 외에도, 고속/장거리 양자 암호키 분배를 위해서도 당연히 QE가 높은 PD를 쓰는 것이 좋다.

이제 글이 길어지면서 한번에 길게 쓰기보다는 항목별로 쪼개서 쓰는 것이 좋다는 것을 알았다. 한번에 한 항목만 쓰도록 하겠다. 다음 글에 계속…

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