-光电探测器原理
光电探测器的原理及在光子学中的应用
光电探测器的原理及在光子学中的应用
光子学是研究光的特性，用光做科学研究和技术应用的学科。
而光电探测器则是光子学中不可或缺的基础设备之一。
光电探测器是一种将光能转化为电信号的探测器。它是通过将
光子在接收器件中产生的电荷转化为电信号来工作的。光电探测
器在光通信、光电子学、能量检测等领域都有广泛的应用，因为
它可以轻松、迅速地检测光的强度和能量。
接下来，本文将介绍光电探测器的原理及其在光子学中的应用。
一、光电探测器的原理
光电探测器是由光导电效应引起的。光导电效应是指在某些材
料（如硅，锗等）中，当光子的能量透过材料时，这些光子会将
材料中的电子激发并将它们释放。
光电探测器的关键组成部分是光敏元件，它可以将吸收的光子
转化为电子，在电路中形成电流或电压。最常见的光敏元件有光
电二极管和光电倍增管。
1. 光电二极管
光电二极管是一种半导体器件，它可以将光的能量直接转化为
电信号。在光电二极管中，一个p型半导体和一个n型半导体通
过一个pn结相连。当光子的能量大于pn结内的禁带宽度时，它
会激发出电子并在导体中产生电信号。
2. 光电倍增管
光电倍增管是一种更敏感的光敏元件。它将光能转换为电子，
然后使用增益器放大电子的数量，得到一个更大的电压信号。在
光电倍增管中，光子会激发出电子，并在一个电子释放器中放大
电子的数量。放大器中的电子在闪烁器上产生荧光，进而产生光
信号。这种光信号再次激发出更多的电子，使信号被多次放大。
这种方式可以更好地检测光的短信号。
二、光电探测器在光子学中的应用
光电探测器在光子学中的应用是多种多样的，例如：在通信和
光电检测器的工作原理
光电检测器的工作原理
光电检测器是一种利用光电效应原理来检测光信号的装置。它由光电发射器和光电接收器两部分组成。
光电发射器是一个发射光源，常见的有发光二极管（LED）或激光器。当电流通过发光二极管时，其内部的半导体材料会发出特定波长的光。
光电接收器是一个接收光信号并产生电信号的元件，常见的有光敏二极管（LDR）或光电二极管（photodiode）。光敏二极管或光电二极管的外围电路会对接收到的光信号进行放大和处理。
光电检测器的工作原理是当光电发射器发出的光照射到光电接收器上时，光能被光电接收器吸收并转化为电能。这个转化过程是通过光电效应实现的。
光电效应的基本原理是当光束照射到半导体材料上时，光子会激发半导体材料中的电子跃迁到导带上，形成电子空穴对。而这些电子空穴对可以导致半导体中的电流流动。
当光电接收器中的光电二极管或光敏二极管吸收到光子后，其内部会产生电流。这个电流大小与光强度成正比。通过对光电接收器产生的电流进行测量，我们可以间接地获得光的强度或光的存在与否。
光电检测器广泛应用于多个领域，如光通信、光电传感、光电测量等。在各个领域中，光电检测器都起到了至关重要的作用。
光电探测器原理
光电探测器原理
光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，它在光通信、光测量、
光学成像等领域有着广泛的应用。光电探测器的原理是基于光电效应和半导体器件的特性，通过光的照射使半导体器件产生电荷载流子，从而实现光信号到电信号的转换。本文将介绍光电探测器的工作原理、结构特点及应用领域。
光电探测器的工作原理主要基于光电效应，即当光线照射到半导体材料表面时，光子能量被半导体吸收，激发出电子和空穴对。在外加电场的作用下，电子和空穴被分离，从而产生电流。这种光电效应是光电探测器能够将光信号转换为电信号的基础。另外，光电探测器还利用了半导体器件的PN结构，通过光的照射改变PN
结的导电特性，从而实现对光信号的探测和转换。
光电探测器的结构特点主要包括光电转换元件、信号放大电路和输出接口。光
电转换元件是光电探测器的核心部件，它通常采用硅、锗、InGaAs等半导体材料
制成，具有高灵敏度和快速响应的特点。信号放大电路用于放大光电转换元件产生的微弱电信号，以提高信噪比和传输距离。输出接口将放大后的电信号转换为可用的电压或电流信号，以便接入到其他电子设备中进行信号处理和传输。
光电探测器在光通信、光测量、光学成像等领域有着广泛的应用。在光通信系
统中，光电探测器用于接收光信号并转换为电信号，实现光信号的调制和解调。在光测量领域，光电探测器可以用于测量光强、光功率和光谱等参数，实现对光信号的精确测量和分析。在光学成像系统中，光电探测器可以将光信号转换为图像信号，实现对光学图像的采集和处理。
总之，光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的重要器件，它的工作原
光电探测系统的原理
光电探测系统的原理
光电探测系统是一种利用光电效应原理来检测和测量光信号的系统。光电效应是指当光线照射到物质表面时，光子的能量能够激发电子从原子或分子中解离出来，进而产生电流或电压。
光电探测系统通常由光源、探测器和信号处理器组成。光源发出光信号，可以是激光器、LED等光源，光信号经过光学器件（如透镜、光栅等）进行整形和调节后，照射到被测物体或样品表面。
光信号经过被测物体的反射、散射、透射等作用后，会被探测器接收。探测器通常是基于光电效应原理设计的元件，如光电二极管、光电倍增管、光电二极管阵列等。
当光信号照射到探测器上时，它会激发出电子，并产生相应的电流或电压。这些电流或电压信号可以被传输到信号处理器进行放大、滤波、数字化等处理。
信号处理器将处理后的信号转换为数字信号，并进行数据处理、分析和显示。根据不同的应用需求，可以采用不同的信号处理算法和技术，如傅里叶变换、滤波算法、图像处理等，从而实现对光信号的测量、分析和控制。
总的来说，光电探测系统利用光电效应的原理，通过光源、探测器和信号处理器的配合，能够实现对光信号的探测、测量和分析，广泛应用于光学测量、光谱分
析、成像、通信等领域。
光电探测器的原理
光电探测器的原理
光电探测器是一种测量光信号的仪器或设备，它可以将光信号转换为电信号，实现光与电信号之间的转换。光电探测器的工作原理主要有光电效应、光阴极发射、内光电效应和外光电效应。
光电效应是光电探测器最主要的工作原理之一。根据光电效应理论，当光束照射到金属表面或半导体材料上时，光子与金属或半导体中的自由电子发生相互作用，将光能转化为电能。这个过程中，光子的能量必须大于或等于金属或半导体材料的功函数（或带隙能量），电子才能被激发出来。激发出的电子会形成电流，这个电流大小与光能量的大小成正比。
光阴极发射是另一种常见的光电探测器工作原理。光阴极发射利用了光的能量激发金属或半导体中的自由电子，并将其从材料表面以高速逸出。光阴极发射通常需要使用对光敏感的材料，如钠、铯等金属或碱金属化合物。这些材料在光激发下，会产生多个光电子，从而提高探测的灵敏度和效果。
内光电效应和外光电效应是在光电探测器中一些特殊应用的工作原理。内光电效应是指探测器内部的光电效应现象，如光导纤维光电子倍增管等。外光电效应是指探测器外部的光电效应现象，如光电导测温仪等。这些特殊的光电效应原理在某些特定的测量领域中具有独特的应用价值。
总之，光电探测器利用光电效应、光阴极发射以及内外光电效应等原理，将光信号转换为电信号，从而实现了光与电能量之
间的转换。不同类型的光电探测器根据原理和应用领域的不同，具有不同的特性和性能。
光电探测器原理与应用
光电探测器原理与应用
光电探测器是一种将光信号转化为电信号的器件，是现代光电
技术中的重要组成部分，广泛应用于通信、医学、物理学等领域。本文将从光电探测器的原理、种类以及应用进行探讨。
一、光电探测器的原理
光电探测器的原理基于光电效应，即光能被物质吸收后，其中
的光子能激发物质内部的电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对，产生电流和电势差，将光信号转换为电信号并放大处理。而
光电探测器的基本结构，则由光敏材料、光电转换部件、电荷放
大器等组成，具有宽频带、高响应速度等特点。
二、光电探测器的种类
光电探测器主要分为以下几种：
①硅光电二极管
硅光电二极管是一种常见的光电探测器，其结构简单，大小小巧，响应速度快，但灵敏度较低。硅光电二极管的光电转换部件
为PN结，探测范围为红外线波段。
②掺铟镓光电二极管
掺铟镓光电二极管响应范围为近红外至中红外波段，具有较高
的灵敏度和响应速度，广泛应用于红外光谱分析、制导弹道等领域。
③掺铊锗光电二极管
掺铊锗光电二极管响应范围为中红外波段，具有较高的探测率
和灵敏度，广泛应用于红外光谱分析、空间测量等领域。
④光电倍增管
光电倍增管响应范围涵盖紫外线至近红外波段，具有高灵敏度、高信噪比和低失真等特点，广泛应用于低光强度信号的检测和测量。
⑤光伏噪声探测器
光伏噪声探测器是一种激光光源的光功率变化探测器，响应波长范围覆盖整个光谱，具有高信噪比、高稳定性等特点，广泛应用于光通信、激光测距、光谱分析等领域。
三、光电探测器的应用
光电探测器具有广泛的应用领域，其中主要包括：
①光通信
光电探测器在光通信中起到重要作用，光电二极管和光电倍增管是常用的探测器。光电探测器接收光信号并转换为电信号，再经过解调和放大处理后，完成光通信中数据的传输和接收。
光电探测器的工作原理
光电探测器的工作原理
光电探测器基本上是一种将光信号转换为电信号的装置。它的工作原理主要包括光电效应、光电场效应、光电导效应和半导体效应等。
1. 光电效应：根据爱因斯坦的光电效应理论，当光照射到金属或半导体材料上时，光子的能量可以激发并释放束缚在材料中的电子，使其成为自由电子，从而形成光电流。这个效应是光电探测器工作的基础。
2. 光电场效应：某些光电探测器中，光照射到探测器的光敏元件上会产生电场效应，这个电场效应可以影响电子的移动和集中，从而产生电流。这种光电场效应可以用于增强光电流的效果。
3. 光电导效应：某些光电探测器中，光照射到探测器的光敏元件上，使其电导性能发生变化。例如，在光敏电阻中，当光照射到电阻上时，光能激发电子，在晶格中移动，增加电阻的导电能力，从而产生电流。
4. 半导体效应：半导体材料具有光电效应和半导体材料本身的特性结合在一起，可以提高光电探测器的性能。例如，光敏二极管就是利用P-N结的特性，通过电压和光照射控制二极管
的导通和截止状态，实现光电流的探测。
总的来说，光电探测器的工作原理是利用光和材料的相互作用，
将光信号转化为电信号。不同类型的光电探测器采用不同的工作原理，但都是基于光电效应的基本理论。
光电探测器的基本原理和性能优化
光电探测器的基本原理和性能优化
光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号并进行检测的仪器。它在许多应用领域中都有广泛的运用，如光通信、光纤传输、医学、环保等，因为它具有高灵敏度、低噪声、快速响应等诸多优点。在本文中，我们将介绍光电探测器的基本原理和性能优化，以帮助读者更好地了解和应用光电探测器。
一、光电探测器的基本原理
光电探测器的基本原理是利用半导体材料对光的吸收和电子运动的反应。当光照射在半导体材料上时，它能够释放能量并导致材料中电子和空穴的激发。由于半导体的能带结构，电子和空穴在材料中会产生电荷。这些电荷可以用来产生电流并转化为电信号。因此，光电探测器的工作原理就是将光信号转化为电信号。
光电探测器的结构通常由光电转换单元和信号处理单元两个部分组成。光电转换单元一般由半导体材料制成，它用来吸收和转换光信号。信号处理单元则用来处理电信号并输出测量结果。
二、光电探测器的性能优化
光电探测器的性能受到许多因素的影响，如灵敏度、响应速度、噪声等。为了优化光电探测器的性能，我们需要了解这些因素并采取相应的措施来改善它们。
1. 灵敏度的提高
灵敏度是指光电探测器对光信号的响应能力。光电转换单元的表面积、材料的吸收率、光电载流子的收集率等因素都会影响灵敏度。为了提高灵敏度，我们可以采用以下措施：
（1）增加光电转换单元的表面积。这可以通过增大光电转换单元的尺寸来实现。
（2）选择合适的材料。半导体材料的吸收率对灵敏度有重要的影响。选择absorbsion峰值处在探测器工作波长的半导体材料，可以获得最高的灵敏度。
photodetector的原理
photodetector的原理
光电探测器（photodetector）是一种将光信号转换为电信号的器件。它是光电技术中最重要的元件之一，广泛应用于通信、光谱分析、成像、
光电测量等领域。光电探测器的原理可以分为光电效应、半导体效应和内
部增益效应三个部分。
一、光电效应
光电效应是光电探测器的基本原理，它描述了当光照射到物质表面时，被照射物质中的电子被激发或者抛射出来的现象。常见的光电效应有光电
发射效应、外光电效应和内光电效应。
1.光电发射效应：光照射到金属表面时，使得金属中电子受到激发而
从金属表面抛射出来。这种效应主要根据普朗克的能量量子化理论和爱因
斯坦的解释，即光的能量以粒子的形式存在，能量E与光的频率f之间有
E=hf的关系。需要注意的是，光电发射效应只适用于金属和类金属材料。
2.外光电效应：外光电效应也称为外光电倍增效应，是指当光照射在
气体、液体或半导体等非金属材料上时，通过受激发的自由电子，使得材
料表面电子被激发或抛射出来。外光电效应的主要作用在于形成自由电子
空穴对。
3.内光电效应：内光电效应是指当光照射在光电探测器的半导体材料
上时，通过被激发的自由电子和空穴之间的再结合，产生电流。内光电效
应在半导体探测器中起到了主要的作用。
二、半导体效应
半导体效应是光电探测器的重要原理，它主要应用于各种类型的光电探测器中。在光照射下，半导体材料中能带发生变化，使得自由载流子的浓度发生改变，从而产生电压或电流信号。
半导体效应的工作原理依赖于光生电势效应和内部电场效应。光生电势可以改变半导体中电子和空穴的浓度，从而产生电势差。内部电场也会使得载流子运动方向发生偏转，形成电流。
光电探测器原理
光电探测器原理
一、概述
光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，广泛应用于光通信、光电子学、环境监测等领域。其工作原理基于光电效应，即当光子与物质相互作用时，能量被转化为电子能量，从而引起电流的流动。
二、光电效应
1. 光电效应的定义
光电效应是指当金属或半导体表面受到足够高频率的光照射时，会有大量的自由电子从金属或半导体表面逸出，并形成一个与金属或半导体表面带正电荷的空间区域。这种现象被称为外部光致发射。
2. 光电效应的机理
在经典物理学中，当一束光照射到金属表面时，其能量会被吸收并转化为热能。然而，在1905年，爱因斯坦提出了一种新的解释：当一束具有足够高频率（即能量）的单色光照射到金属表面时，每个光子都
会将其全部能量传递给一个自由电子，并使其逸出金属表面。
这个机理可以用以下公式来表示：
E = hν - Φ
其中，E是逸出电子的能量，h是普朗克常数，ν是光子的频率，Φ是金属的逸出功。
3. 光电效应的特点
光电效应具有以下特点：
（1）只有当光子的频率大于某一阈值频率时才会发生光电效应；
（2）逸出电子的动能与光子的能量成正比；
（3）逸出电子的数量与照射光强成正比。
三、光电探测器原理
1. 光电探测器的分类
根据其工作原理和结构特点，光电探测器可以分为以下几类：
（1）光电二极管：利用半导体PN结和内部反射机制实现对入射光信号的转换；
（2）PIN型光电二极管：在普通PN结上加一层无掺杂区，提高了灵敏度和响应速度；
（3）APD型光电二极管：在PIN型基础上加入增益机制，提高了信号噪声比和灵敏度；
光电探测的基本原理
光电探测的基本原理
光电探测是利用光电效应将光信号转化为电信号的一种技术。它基本的原理是当光子入射到某种物质表面时，会引起光电子的发射，从而产生电流。这种现象被称为外光电效应。根据外光电效应的不同特点，我们可以将光电探测器分为光电导、光电阻、光电二极管、光电倍增管等不同类型。
光电导器是一种利用光电效应的玻璃管，一端封闭，内部充满一种特殊的光敏剂。当有光照射到光敏剂上时，光照能量会被吸收，产生电子。这些电子在电场的作用下会受到加速，从而形成电流。光电导器的灵敏度很高，可以接收到很弱的光信号，并且其输出电流与入射光信号的强度成比例。但是光电导器的响应速度较慢，适用于一些需要高信噪比的低速光探测应用。
光电阻是一种依靠光敏材料电阻变化特性来实现光电转换的器件。光电阻的原理是光照射到光敏材料上时，能够使材料内的带电粒子的能级发生变化，从而影响材料的电导率。光敏材料通常是一些半导体材料，如硒化锌、硒化镉等。当光照射到光电阻上时，光子的能量足够高时，电子就会从价带上跃迁到导带，产生自由电子。这些自由电子的增多会使光电阻的电阻值减小。通过测量光电阻的电阻值的变化，我们可以得到入射光的强度。
光电二极管是一种利用P-N结的光电效应进行光电转换的器件。由于P-N结的能带结构不同，当光子入射到P-N结上时，能量大于带隙能的光子会被吸收并激发电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。由于P区的导电性较好，电子-
空穴对会迅速分离，电子被P区收集，空穴被N区收集，形成一个电流。光电二极管的输出电流与入射光的强度成正比，可以广泛应用于光探测、通信等领域。
光电探测器的原理与应用
光电探测器的原理与应用
近几年来，随着光电技术的飞速发展，光电探测器也备受瞩目。它的应用范围非常广泛，涉及到基础研究、医疗、安防、通信等
众多领域。那么，什么是光电探测器？它有哪些原理和应用呢？
本文将为您一一解答。
一、什么是光电探测器？
光电探测器是一种将光信号转换为电信号的器件，利用光电效
应产生电子，进而从光信号中提取有用信息的装置。它是一种电
光混合技术，是光学和电子学的交叉学科。
二、光电探测器的工作原理
光电探测器的工作原理主要基于光电效应和内光效应。光电效
应是一种将光能转化为电能的现象，当光子通过某些材料时，会
引起材料中的自由电子跃迁到导带中，产生电子空穴对。如果这
些电子空穴对在外加电场的作用下被分离，就会生成电流。内光
效应是指太阳光在半导体中产生光生载流子，从而发电。
基于这两种现象，光电探测器的工作模式又分为两种：一种是
外光电探测器，另一种是内光电探测器。外光电探测器主要是利
用光电效应工作，包括光电倍增管、光电二极管、光电管等。内
光电探测器是利用内光效应工作，包括太阳能电池、半导体激光器、LED 等。
三、光电探测器的应用
1. 医疗领域
在医疗领域，光电探测器主要用于医学影像系统中，例如牙科
X射线成像、CT、MRI等医学设备。它能够通过将光转化为电来
检测和分析人体内部的结构和病变情况。
2. 安防领域
光电探测器在安防领域也具有重要应用。例如，红外线夜视仪、热成像仪等设备都是利用光电探测器的原理进行工作的。这些设
备可以在特定场合下对目标进行有效监测和识别。
3. 通信领域
在通信领域，光电探测器则主要用于光通信系统。比如，在光纤通信中，光电探测器可以将光信号转化为电信号，使信号能够在光纤中传输。
光电探测器原理
光电探测器原理及应用
光电探测器种类繁多，原则上讲,只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器.现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的，是变光信号为电信号的元件.
光电效应分两类,内光电效应和外光电效应。他们的区别在于,内光电效应的入射光子并不直接将光电子从光电材料内部
轰击出来，而只是将光电材料内部的光电子
从低能态激发到高能态。于是在低能态留下
一个空位——空穴，而高能态产生一个自由
移动的电子，如图二所示.
硅光电探测器是利用内光电效应的.
由入射光子所激发产生的电子空穴对，称为光生电子空穴对，光生电子空穴对虽然仍在材料内部，但它改变了半导体光电材料的导电性能，如果设法检测出这种性能的改变，就可以探测出光信号的变化.
无论外光电效应或是内光电效应，它们的产生并不取决于入射光强，而取决于入射光波的波长λ或频率ν,这是因为光子能量E只和ν有关:
E=hν（1)
式中h为普朗克常数，要产生光电效应，每个光子的能量必须足够大，光波波长越短，频率越高，每个光子所具有的能量hν也就越大。光强只反映了光子数量的多少，并不反映每个光子的能量大小。
目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管，是由半导体材料制作的。
半导体光电探测器是很好的固体元件，主要有光导型，热电型和P-N结型.但在许多应用中，特别是在近几年发展的光纤系统中，光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差；热电型探测器不能获得很高的灵敏度。而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件，是该波长区理想的光接收器件. 一、耗尽层光电二极管
光电探测器的工作原理
光电探测器的工作原理
光电探测器是一种用于检测光信号的器件，主要基于光电效应。其工作原理可以归纳为以下几个步骤：
1. 能量吸收：当光束照射到光电探测器上时，光子的能量会被光敏物质（如半导体材料）所吸收。光敏物质中的电子将吸收光子的能量，从而进入激发状态。
2. 电子释放：光敏物质中激发状态的电子会经过非辐射过程，将能量释放并转化为电子动能。这些电子会跃迁到导带中，形成带电粒子。
3. 电荷分离：带电粒子在光电探测器内部会被电场分离。正电荷会被引向正极，而负电荷会被引向负极，从而在探测器内部产生电流。这个电流的大小与吸收光子的能量和光强有关。
4. 信号放大：产生的微弱电流通过放大电路进行放大，以提高信号的强度和可靠性。
5. 信号处理：经过放大后的电流信号进一步被传递到信号处理电路中，进行滤波、放大、采样等处理。最终，光电探测器产生的信号可以被转化为可视化的图像、电子信号或其他形式的输出。
总的来说，光电探测器的工作原理是通过光子在光敏物质中的能量吸收、电子释放、电荷分离以及信号放大和处理等步骤来实现对光信号的探测和转化。不同类型的光电探测器，如光电
二极管、光电倍增管、光电晶体管等，在工作原理上可能有所差异，但都是基于光电效应实现的。
光电探测器的原理
光电探测器的原理
一、光电探测原理
光电探测器是一种能够检测到光强等特征参数的设备，它利用这些特征参数来探测光的形态、强度等情况，从而改变某些运行状态。
光电探测器的原理是对光强度进行检测，当光照射到探测器上，由探测器变换的电流就会随着光强度的变化而变化。由此可以看出，光电探测器是一种光检测仪，它是一种采用光学原理来检测光强度的仪器。
光电探测器的主要构成部分包括了外壳、底座、光检测元件、驱动电路、控制电路和接口等，光电探测器有多种类型，分为单色光电探测器、双色光电探测器、多色光电探测器等，具体类型在现实中的应用也有所不同。
光电探测器的检测原理是光被照射到探测器上，光被变换为一定的电流，然后通过控制电路来控制电流。控制电流的大小可以用来控制光电探测器的运行，通过这种方式，就能够通过检测光的强度来控制系统的运行状态。
二、光电探测器的应用
光电探测器广泛应用于工业系统的控制、检测和安全系统，能够很好地对信号进行分析处理，并可以检测到精确的光强度，从而为工业系统带来更高的安全性能和有效性。
光电探测器也可以用于工业机器人的控制，通过检测光强度，它可以帮助机器人很好地定位，从而更安全地运行。
此外，光电探测器还可以用于军事上的监视，利用其对光强度的检测，能够有效地检测出周围的危险情况，从而保护人们的安全。
总之，光电探测器的原理及其应用有着极其重要的意义，为我们提供了更好的世界，更安全的环境。
光电导探测器的原理
光电导探测器的原理
光电导探测器是一种利用光电效应将光信号转换成电信号的探
测器。其原理基于光电导效应，在半导体材料中，当光子射到物质上时，能量会被电子吸收，电子会被激发到导带内，形成自由载流子，从而引起电导率的变化。光电导探测器利用这种原理，将光信号转换成电信号，用于光通信、光测量等领域。在光通信领域，光电导探测器是接收光信号的重要组成部分，其性能对光通信系统的性能和稳定性具有重要影响。常见的光电导探测器有PIN型光电二极管、Avalanche型光电二极管、光电导管等。随着科技的不断发展，光电导探测器的性能不断提高，能够实现更高的灵敏度、响应速度和信噪比，为实现更高速、更可靠的光通信提供了有力支持。
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上海大学2014 ～2015学年春季学期本科生课程考试
小论文
课程名称：电子科学与技术新探索（专题研讨课）
课程编号： 10426056 论文题目: 光电探测器原理
本科生生姓名: 陆申阳学号: 12121765 论文评语:
成绩: 任课教师: 徐闰
评阅日期:
光电探测器原理原理
姓名：陆申阳
学号：12121765 摘要：光电探测器的原理主要是利用光电效应和光热效应。对于不同类型的光电探测器，他们的工作原理也不尽相同。本文以雪崩光电二极管、光电二极管、光热探测器为例具体介绍了它们们的工作原理。
Abstract:The primary principle of photodetector are photoelectric effect and photothermal effect.But,there are some distinctions of different photodetectors.The principles of photodiode,avalanche photodiode and optothermal detector are as follows.
关键词：雪崩光电二极管，光电二极管，热敏电阻，光电效应
Key words:avalanche photodiode,photodiode,photoelectric effect
简介：近年来，光电子系统已经运用到各个行业、各个领域。对于光电子系统，其最最重要的一部分光电探测器一直作为光电子系统的眼睛而存在。对于光电探测器，按照其辐射作用方式的不同，整体上可以分为光子探测器和光热探测器。按照具体的工作机理，光子探测器又可以分为光电导探测器、光敏电阻、雪崩光电二极管、光电二极管、光电发射探测器、光电管等；光热探测器可以分为热敏电阻、热电偶等。以下分别以光电二极管、雪崩光电二极管、热敏电阻为例具体介绍其工作原理。
一、光电二极管（PD）
（一）、原理
光电效应可以分为内光电效应和外光电效应，内光电效应又可以分为光电导效应和光生伏特效应。
光电二极管的基本原理就是利用了光生伏特效应。光辐射照射半导体结上时，光子降价电子激发到导带，形成光生电子——空穴对，光生电子——空穴对在自建电场的作用下被分别扫向两端，形成光生电动势。即光生伏特效应。
光电二极管的基本结构是一PN结，在P区和N去形成结时，N区的电子向P 区扩散，在N区留下正离子电荷。同样地，P去的空穴向N区扩散，在P区留下负离子电荷。于是N带有正电荷，P区带有负电荷，形成由N指向P的内建电场。
当有光照时，如果光子的能量大于或等于半导体的禁带宽度，那么光子就能将价带上的电子激发到导带上去，从而在导带上出现一个电子，在价带上出现一个空穴，即光生电子——空穴对。电子在内建电场的作用下漂移到N区，形成由N到P的电流；空穴在内建电场的作用下漂移到P区，形成由N到P的电流。由于，在N区形成空穴积累，在P区形成空穴积累，从而形成光生电动势。
图一光电二极管工作原理
（二）、应用改进措施
光生电子和空穴在自建电场内漂移运动很快，但是，如果光生电子空穴
对在耗尽层外部产生，由于耗尽层外部不存在自建电场，电子和空穴只能靠
速度很慢的扩散来运动，这就会影响探测器的响应速度。因此在实际的应用中，要将光电二极管反向偏置，PN结两侧势垒加大，以使耗尽层宽度进一步
加宽，从而使更多的光生载流子在耗尽层内产生。同时也减小了二极管的结
电容，提高了灵敏度和响应速度。
光电二极管的响应时间取决于光生载流子扩散到耗尽层的时间和结电
容，限制了光电二极管在高速通讯系统中的应用。为提高响应速度，通常在
P区和N区之间形成一个本征区，构成PIN PD。
I区的存在，使耗尽层加宽，增大了光电转换的有效工作区域，提高了
器件灵敏度。I层的存在，使击穿电压不再受基体材料的限制，用低电阻基
体材料就可取得高的反向击穿电压，而器件的串联电阻可大大减小。也使结电容减小，一般在10pF量级。提高了器件的响应速度。
当运用到光电二极管中时，需要加反偏电压。没有光照时，光电二极管中仅有很小的反向饱和电流。有光照时，根据以上分析可知，会形成一个由N到P的光生电流。因此我们可以根据光生电流的特性来判断光信号的特性。
二、雪崩光电二极管(APD)
（一）、原理
雪崩光电二极管的工作原理和光电二极管的工作原理相似，都是利用了光生伏特效应。
雪崩光电二极管同样是在反向偏置电压下工作，只是它的反偏电压很大，无光照时与光电二极管特性一样。有光照时会在强电场作用下出现雪崩倍增效应。
图二雪崩倍增效应
当有光照且光子能量大于禁带宽度时，形成光生电子——空穴对，光生——电子空穴对在强电场的作用下，具有巨大的动能。因此它们在漂移的过程中会碰撞原子，产生更多的新的电子——空穴对，而新产生的电子空穴对同样在强电场的作用下具有巨大的动能，会碰撞原子产生更多的电子和空穴，循环往复，可以看出产生的电子和空穴的数量向“雪崩”一样增多。大量的电子和空穴在电场的作用下形成很大的电流，在N区积累电子，在P区积累空穴，形成光生电动势。
（二）应用改进措施
在PD中，偏置电压要求在几十伏以下，因此载流子的漂移速度也会影响到PD的响应速度。而在APD中，反向偏置电压在几百伏左右，使得载流子在耗尽层的漂移时间很短。
由于雪崩效应，电子和空穴的数量急剧增加，从而形成的电流也相应地增加，因此雪崩二极管不仅能够根据电流特性判断光信号，还具有增益效应。
响应时间短，频带可达100GHz。是目前响应最快的一种光电二极管。适用于光纤高速通信、激光测距及其它微弱光的探测等。
但是，雪崩光电二极管的噪声问题要比一般光电探测器的噪声问题更严重。因为雪崩光电二极管有内部增益，会引入附加噪声。这种噪声与雪崩管内碰撞电离有关。理论证明，当只有一种载流子碰撞电离时，噪声的影响较小，因此，可以采用电子离化率和空穴离化率相差较大的材料，例如：硅。还可以在工艺结构上采取一定措施，尽量使只有一种载流子产生碰撞电离。
三、热敏电阻
热敏探测器的工作原理是利用了光热电效应。
以热敏电阻为例，它的光电转换过程可以分为三个部分，首先是半导体材料吸收光辐射，其次是光辐射能量转化为热量，以至于半导体的温度升高，温度升高使半导体材料的禁带宽度变窄，从而使一部分能量较高的电子跃迁到导带上去，形成电子——空穴对，极大地贡献了载流子数目。最后，产生的电子和空穴将会改变半导体材料的电学性能，电阻减小，进而实现探测光信号的功能。
热敏电阻具有以下特点，使它得以普遍运用。灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出6～10℃的温度变化；工作温度范围宽，常温器件适用于－55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃，低温器件适用于