光電轉換器件要求:高效率、低噪聲、寬帶原理：光吸收在半導體材料上，當入射光子能量h超過帶隙能量時，每當一個光子被半導體吸收就產生一個電子—空穴對。在外加電壓建立的電場作用下，電子和空穴就在半導體中渡越并形成電流流動，稱為光電流，其電流大小Ip與入射光功率Pin目前常用的光檢測器有:PIN光電二極管、雪崩二極管APDρ—光電檢測器的響應度（A/W）入射光半導體3.2光檢測器耗盡層外光作用電子-空穴對在擴散及E內作用產生擴散電流3.2.1PN光電二極管(1)工作原理：入射光從P側進入，在耗盡區光吸收產生的電子－空穴對在內建電場作用下分別向左右兩側運動，產生光電流。光生電動勢耗盡層內光作用電子-空穴對在E內作用產生漂移電流+-光生電流P區耗盡區N區內部電場擴散漂移響應時間：由光功率輸入轉化為光電流輸出，有一定時間遲后，其值主要決定于載流子通過耗盡區的渡越時間。響應時間會限制帶寬。通過施加外部反方向偏壓的方式提高Vs,減少渡越時間。3.2.1PN光電二極管(2)3.2.2PIN光電二極管(1)在PN結間插入一層非摻雜或輕摻雜半導體材料，以增大耗盡區寬度w，達到減小擴散運動的影響，提高響應度的要求。由于PN結中間插入的半導體材料近似為本征半導體(Intrinsic)，因此這種結構稱為PIN光電二極管。I區高阻抗,電壓基本都落在I區PIN光電二極管及反偏時各層的場分布3.2.2PIN光電二極管(2)InGaAsPIN光電二極管的結構雙異質結結構：N區和P區：InP，對>920nm的光透明；I區:InGaAs；

=1300~1600nm強烈吸收PIN-PD特性參數(1)入射光功率Pin中含有大量光子，能轉換為光電流的光子數和入射總光子數之比稱為量子效率.響應度ρ產生的電子－空穴對的個數入射的光子數在光電二極管的應用中，100個光子會產生30到95個電子－空穴對，因此檢測器的量子效率范圍為30%~95%。為了得到較高的量子效率，必須加大耗盡區的厚度，使得可以吸收大部分的光子。PIN-PD特性參數(2)

光譜響應對一給定的探測區材料就有一個能夠探測的最低頻率或最大波長，而對波長大于這個極限波長的光波就不能被探測到。光子能量hf大于半導體材料的禁帶寬度Eg時，價帶上的電子可以吸收光子而躍遷到導帶，否則不論入射光多強，光電效應都不會發生。所以，任何一種材料制作的光電二極管都有上截止波長C：響應時間和

頻率特性光電二極管對高速調制光信號的響應能力用脈沖響應時間τ或截止頻率fc（帶寬B）表示PIN光電二極管響應時間或頻率特性主要由光生載流子在耗盡層的渡越時間τd和包括光電二極管在內的檢測電路RC常數所確定PIN-PD特性參數(4)圖3.23內量子效率和帶寬的關系圖3.24光電二極管輸出電流I和反向偏壓U的關系反向偏壓U光電流暗電流輸出光電流I00UB3.2.3雪崩光電二極管APD工作原理：電離碰撞PIN:1個光子最多產生一對電子-空穴對,無增益APD:利用電離碰撞,1個光子產生多對電子-空穴對,有增益基本結構：增加了一個附加層，倍增區或增益區，以實現碰撞電離產生二次電子－空穴對。耗盡層仍為I層，起產生一次電子－空穴對的作用。工作過程：入射光-------一對電子-空穴對(一次光生電流)--------------與晶格碰撞電離---------多對電子-空穴對(二次光生電流）吸收外電場加速圖3.25APD載流子雪崩式倍增示意圖圖3.26APD結構圖

APD特性參數(1)響應度、光譜響應、響應時間和頻率特性、噪聲（定義與PIN同）倍增因子g定義為APD輸出光電流Io和一次光生電流Ip的比值g隨反向偏壓、波長和溫度變化

U為反向偏壓，UB為擊穿電壓，n為與材料特性和入射光波長有關的常數，R為體電阻。3.2.4光電二極管一般性能和應用性能（表3.3、表3.4）應用在短距離的應用中，工作在850nm的Si器件對于大多數鏈路是個相對比較廉價的解決方案。在長距離的鏈路常常需要工作在1330nm和1550nm窗口，所以常用基于InGaAs的器件。

APD檢測器與PIN檢測器相比，具有載流子倍增效應，其探測靈敏度特別高，但需要較高的偏置電壓和溫度補償電路。要視具體應用場合而選定。InGaAs-APD（響應速度快）適于超高速光纖通信系統-5~-15-5~-15工作電壓/V1~20.5~1結電容Cj/pF0.2~12~10響應時間2~50.1~1暗電流