硅探测器基本原理

通过光伏效应，硅探测器能够将光能转化为电流。这种现象背后的理论根源在于探测器价带和导带之间的小能量间隙。当具有足够能量使电子从价带跃迁到导带的光照射到探测器上时，产生的电荷积累会导致连接电路中产生电流。由于光并非唯一能够激发电子的能量来源，探测器会产生一些不代表入射光的电流。例如，热能的波动很容易被误认为是光强变化。这些各种“非光”贡献都存在，当它们被加总时，就构成了探测器内的总噪声。整体信号输出与噪声水平的比值被称为信噪比（S/N），可用于确定噪声是否会对特定应用造成问题。虽然噪声无疑是表征探测器的一个关键手段，但在选择探测器时，它只是需要考虑的特性之一。 关于探测器的一些关键问题在下面的术语和定义框中概述。

不同的工作模式

光伏（无偏压）： 在光伏（PV）模式下，不对光电二极管施加外部偏压。由于暗电流是偏压幅度的函数，光伏操作消除了暗电流作为噪声源。在这种情况下，噪声等效功率（NEP）将更低，从而在较低波长下实现更高的灵敏度。这使得它非常适合低信号检测。一个缺点是较高波长下的响应度略低（见图表）。

光电导（偏压）： 在光电导（PC）模式下，对光电二极管施加反向偏压，从而带来多个响应优势，如更快的上升时间。这使得这种操作模式更适合高频应用。一个不便之处是暗电流会随着施加的偏压电流增加而增加，因此系统会引入噪声。

术语与定义

响应度（R）： 衡量探测器产生电信号的效率。光输入（瓦特）与响应度相乘得到探测器的预期输出（安培）。随温度变化。

探测率（D）：D 是衡量光电二极管探测能力的一个指标。

电容（C）： 也称为结电容，与光电二极管的上升时间相关。电容越小，上升时间越短，反之亦然。

暗电流（I_d）： 探测器在暗处施加反向偏置时产生的电流。温度升高和反向偏置增加会导致暗电流增加。此外，较大的有源区域通常具有更高的暗电流。

击穿电压 (BDV): 检测器开始表现为导体的电压。

噪声等效功率 (NEP): 产生与噪声相等的检测器信号所需的光功率。在这种情况下，信噪比等于一。

上升时间 (T_r): 检测器输出从 10%变化到 90%最终值所需的时间。

饱和电流 (I_sat): 输出电流偏离线性 10%的最大水平。

分流电阻（R_sh）： 是光电二极管的有效电阻。它表示 I-V 曲线在原点（V=0）处的斜率。