光敏二极管传感器由半导体 pn 结组成，如激光二极管和激光二极管和 LED 物理学中描述的LED. 落在结上的光会导致电子-空穴对的形成。在光伏模式下，即没有施加偏压，电子-空穴对迁移到结的相对侧，从而产生电压(和电流，如果器件连接在电路中)。然而，大多数光电二极管都在光电导模式下工作，其中在结上施加反向偏压。

光敏二极管一、电荷载流子

在这种模式下运行提供了一些显着的优势。反向偏压增加了耗尽区的宽度，从而导致更大的光敏区域允许更多的光收集。此外，偏压会在结中产生强场，将载流子迅速扫出，从而降低发生重组的可能性。这确保了大的量子产率或光子到电荷载流子的有效转换。光接收器物理)。在反向偏置光电二极管中，由偏置和电荷载流子产生的电流与宽动态范围内的入射光强度成正比。

光敏二极管二、间隙半导体

半导体光子源和光子探测器之间的一个关键区别是前者需要使用直接间隙半导体，而后者可以使用间接间隙半导体。虽然能量和动量守恒的同时要求使得光子发射在间接间隙半导体中的可能性大大降低，但吸收的情况并非如此。一个容易实现的两步过程发生在电子被激发到导带中的高水平，然后是弛豫过程，其中它的动量转移到声子。由于这个过程可以是连续的，因此它比两个步骤必须同时发生的发射过程更有可能。

光敏二极管三、光子探测器

其结果是，Si 和锗 (Ge) 等 IV 族元素半导体可以成为高效的光子探测器，类似于 GaAs 或 InGaAs 等直接间隙 III-V 系统。Si 在电子电路和设备中无处不在，这使得 Si 光电二极管是仪器中最常见的光检测器也就不足为奇了(参见图 1，了解典型的设备架构)。Si 的光谱响应度涵盖 UV、VIS 和 NIR。其他半导体材料的光电二极管可以覆盖电磁频谱的其他部分。Si 的光谱响应度涵盖 UV、VIS 和 NIR。其他半导体材料的光电二极管可以覆盖电磁频谱的其他部分。Si 的光谱响应度涵盖 UV、VIS 和 NIR。其他半导体材料的光电二极管可以覆盖电磁频谱的其他部分。

光敏二极管四、电子转换

光电二极管具有使它们与热对应物区分开来的几个特性。光子到电子的转换非常迅速，因此这些探测器具有跟踪快速变化的辐射水平的潜力。检测率可以显着高于热检测器。检测机制强烈依赖于波长，即，由于光子到瓦特的转换，响应度峰值在短波长处下降，而在长波长处，由于产生电子-空穴对所需的最小光子能量，响应度峰值下降。光电二极管的动态范围可以非常大，超过 10 10的值用一个探测器。由于这种大的检测率和动态范围，光电二极管通常用于在很宽的范围内测量光功率。

光敏二极管五、适应脉冲积分

对于 CW 或准 CW 源，这很简单，对于脉冲源，程序可用于估计脉冲能量。光电二极管也可以用作能量传感器，只要它们的时间响应可以适应脉冲积分。由于低端的检测率降低(由于更快的时间响应)以及高端检测器的线性响应饱和，这会导致动态范围的减小。这是因为电子-空穴对开始重组而不是流过。

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