光电二极管教程

1、光电二极管教程工作原理结光电二极管是一种根本器件，其功能类似于一个普通的信号二极管，但在结半导体的耗尽区吸收光时，它会产生光电流。光电二极管是一种快速，高线性度的器件，在应用中具有高量子效率，可应用于各种不同的场合。根据入射光确定期望的输出电流水平和响应度是有必要的。图1描绘了一个结光电二极管模型，它由根本的独立元件组成，这样便于直观了解光电二极管的主要性质，更好地了解Thorlabs光电二极管工作过程。图1 :光电二极管模型光电二极管术语响应度光电二极管的响应度可以定义为给定波长下，产生的光电流I pd和入射光功率P之比：工作模式光导模式和光伏模式光电二极管可以工作在这两个模式中的一个：光导

2、模式反向偏置或光伏模式零偏置。工作模式的选择根据应用中速度和可接受暗电流大小漏电流而定。光导模式处于光导模式时，有一个外加的偏压，这是我们DET系列探测器的根底。电路中测得的电流代表器件接受到的光照；测量的输岀电流与输入光功率成正比。外加偏压使得耗尽区的宽度增大，响应度增大，结电容变小，响应度趋向直线。工作在这些条件下容易产生很大的暗电流，但可以选择光电二极管的材料以限制其大小。注：我们的DET器件都是反向偏置的，不能工作在正向偏压下。光伏模式光伏模式下，光电二极管是零偏置的。器件的电流流动被限制，形成一个电压。这种工作模式利用了光伏效应，它是太阳能电池的根底。当工作在光伏模式时，暗电流最小。

3、暗电流暗电流是光电二极管有偏压时的漏电流.工作在光导模式时，容易岀现更高的暗电流，并与温度直接相关.温度每增加?10?° C,暗电流几乎增加一倍，温度每增加？6 ° C,分流电阻增大一倍.显然，应用更大的偏压会降低结电容，但也会增加 当前暗电流的大小.当前的暗电流也受光电二极管材料和有源区尺寸的影响.锗器件暗电流很大，硅器件通常比锗器件暗电流小.下表给岀了几种光电二极管材料及它们相关的暗电流，速度，响应波段和价格.MaterialDark Curre ntSpeedSen sitivity*CosSilicon (Si)LowHigh Speed400 - 1000 nmL

4、owMaterialDark Curre ntSpeedSen sitivity*CosGermanium (Ge)HighLow Speed900 - 1600 nmLowGallium Phosphide (GaP)LowHigh Speed150 - 550 nmModeraIndium Gallium Arsenide (InGaAs)LowHigh Speed800 - 1800 nmModeraExtended Range Indium Gallium Arsenide (InGaAs)HighHigh Speed1200 - 2600 nmHigh*代表近似值结电容结电容Cj是光

5、电二极管的一个重要性质，对光电二极管的带宽和响应有很大影响。需要注意的是，结区面积大的二极管结体积也越大，也拥有较大的充电电容。在反向偏压应用中，结的耗尽区宽度增加，会有效地减小结电容，增大响应速 度。带宽和响应负载电阻和光电二极管的电容共同限制带宽。要得到最正确的频率响应，一个50欧姆的终端需要使用一条 50欧姆的同轴电缆。带宽fBw和上升时间响应tr可以近似用结电容Cj和负载电阻Rioad表示：终端电阻使用负载电阻将光电流转换为电压 Vout以便在示波器上显示：根据光电二极管的类型，负载电阻影响其响应速度。为到达最大带宽，我们建议在同轴电缆的另一端使用50欧姆的终端电阻。其与电缆的本征阻抗

6、相匹配，将会最小化谐振。如果带宽不重要，您可以增大负载电阻Road ，从而增大给定光功率下的光电压。终端不匹配时，电缆的长度对响应影响很大，所以我们建议使电缆越短越好。分流电阻分流电阻代表零偏压下光电二极管的结电阻。理想的光电二极管分流电阻无限大，但实际值可能从十欧姆到几千兆欧不等，与其材料有关。例如，InGaAs探测器分流电阻在10兆欧姆量级，而Ge探测器的分流电阻在千欧量级。这会显着影响光电二极管的噪声电流。然而，在大局部应用中，大电阻几乎不产生效应，因而可以忽略。串联电阻串联电阻是半导体材料的电阻，这个小电阻通常可以忽略。串联电阻来自于光电二极管的触点和线接头，通常用来确定二 极管在零偏压下的线性度。通用工作电路图2 :反向偏压电路DET系列探测器DET系列探测器有上面所示的模块化电路。探测器反向偏置对输入光产生线性响应。光电流的大小与入射光大小以及波长有关，输出端加一个负载电阻就可以在示波器上显示。RC滤波电路的作用是滤掉输入电源的高频噪声，这些噪声会影响输出端的噪声。图3 :放大探测器电路也可以用光电探测器加放大器来实现所需要的高增益。用户可以选择工作在光导模式和光伏模式。使用这个有源电路有几个优势：« 光伏模式：由于运算放大器 A点电势和B点电势相等，因而光电二极管两端的电势差为零伏。这