文章來源：睞芯科技LightSense

原文作者：LIG

本文介紹了光通信中的光電二極管的工作原理，及其響應(yīng)度和效率的概念。

光纖傳輸?shù)墓馔ㄟ^光電二極管在接收端變成電信號(hào)。

光電二極管的各種特性影響接收機(jī)前端的靈敏度和速度。

光電二極管對(duì)輸入光產(chǎn)生電流，某種意義上是激光二極管的逆過程。如果用光來說明pn結(jié)，價(jià)帶中的電子可能受激躍遷到導(dǎo)帶。結(jié)果是，一個(gè)光子被吸收，產(chǎn)生一對(duì)能夠?qū)щ姷淖杂呻娮?空穴對(duì)。

如果光子能量Ep超過材料的帶隙能量Eg，該現(xiàn)象就會(huì)產(chǎn)生。光子能量由普朗克等式給出：

其中，j.s表示普朗克常數(shù)。所以，光波長必須小于閾值以激發(fā)載流子產(chǎn)生。

在pn結(jié)中產(chǎn)生自由電子-空穴對(duì)使反向“擊穿”特性向原點(diǎn)移動(dòng), 見圖(a)。確實(shí)，如果反向電壓加在二極管上，光激發(fā)的自由電子和空穴被電源的相反極性吸收，產(chǎn)生連續(xù)電流(b)。

應(yīng)注意到，光電二極管的動(dòng)作大部分發(fā)生在耗盡層；二極管其他區(qū)域的電場較小，在它們離開此區(qū)域時(shí)可能復(fù)合。由于該原因，高效的光電二極管工作需要反偏電壓和較大的耗盡層。

響應(yīng)度和效率

光電二極管產(chǎn)生的電流Ip與光功率Pop成如下線性關(guān)系：

其中，稱為“響應(yīng)度”。例如，某些光電二極管的響應(yīng)度為1A/W，也即，當(dāng)用合適波長的1mW的光照射時(shí)，光電二極管產(chǎn)生1mA的電流。通過加寬光電二極管的接收光表面的面積，可以增加響應(yīng)度。但是，代價(jià)是增大了結(jié)電容。

對(duì)于理想光電二極管，每個(gè)進(jìn)入器件的光子產(chǎn)生一個(gè)自由電子-空穴對(duì)。然而，實(shí)際上，某些光子從表面反射或者被材料吸收產(chǎn)生熱。所以，將光電二極管的“量子效率”定義為，產(chǎn)生的電子數(shù)除以使用的光子數(shù)(在給定的時(shí)間間隔)，即：

其中，q表示電子電量，分母表示光子數(shù)。由式有：

η的典型值在0.8~0.9的范圍。