光敏二极管可以在没有任何电压偏置的情况下工作。APD 设计为反向偏置，因此本节将与 PN 和 PIN 光敏二极管相关。如果没有在结两端增加电压，暗电流可能会非常低(接近于零)。这降低了系统的整体噪声电流。因此，与使用反向电压偏置操作相比，无偏置 PN 或 PIN 光电二极管更适合低照度应用。(对于弱光应用，反向偏置 APD 仍将提供比 PN 或 PIN 光电二极管更高的灵敏度。)无偏置光电二极管也适用于低频应用(高达 350 kHz)。可以看到正向偏置模式(绿色)和反向偏置模式(蓝色)之间的无偏置模式(其中 V = 0)。该图在无偏时显示出非常小的暗电流(如果有的话)。当光敏二极管被照亮时，耗尽区中的电场增加。这会产生随光子通量增加而增加的光电流。这在太阳能电池中最常见，其中在两个端子之间测量产生的电压。与偏置模式相比，光伏模式的光电流响应随温度的变化较小。无偏置光电二极管的主要缺点是响应速度慢。在系统没有偏置的情况下，光电二极管的电容最大，导致速度变慢。

光敏二极管一、光电导”模式反向偏置

当光敏二极管反向偏置时，PN 结上会施加一个外部电压。负端接正P层，正端接负N层。这导致 N 层中的自由电子被拉向正极端子，而 P 层中的空穴被拉向负极端子。当向光电二极管施加外部电压时，自由电子从负极开始，并立即用电子填充 P 层中的空穴。这会在带有额外电子的原子中产生负离子。带电原子然后反对自由电子流向 P 层。同样，空穴产生正离子的过程大致相同，但方向相反。反偏时，反向偏压导致耗尽区两端的电势增加，耗尽区的宽度增加。这是创建大面积以吸收最大量光子的理想选择。

光敏二极管二、增加耗尽层

通过增加耗尽层的尺寸，反向偏压可以缩短响应时间。这种增加的宽度降低了结容量并增加了光电二极管中载流子的漂移速度。承运人的运输时间减少，响应时间缩短。不幸的是，增加偏置电流也会增加暗电流。对于使用 PN 或 PIN 光电二极管的非常敏感的系统来说，这种噪声可能是个问题。这会影响低光照条件下的性能。如果使用 APD，无论光电二极管的增益如何，信噪比都会很大。因为光子在耗尽区被理想地吸收，所以 P 层可以构造得非常薄。这可以与反向偏压相平衡，以创建具有更快响应时间的最佳光电二极管，同时保持尽可能低的噪声。

光敏二极管三、反向偏置

操作的另一个好处是光电二极管相对于照明的线性输出(图 4蓝色部分中的直线)。这仅仅意味着电压和电流随着光功率的增加而线性变化(成正比)。还可以看到正向偏置部分(绿色)的非线性。显示了反向偏置部分(蓝色)及其旁边的击穿电压(红色)。光电二极管的工作不应超过击穿电压。这会损坏光电二极管。光电二极管的 IV 曲线。I 0是暗电流。I P是光电流。P 表示不同光照水平下的电流(P 0是没有入射光)。

光敏二极管四、与激光二极管集成

激光二极管制造商通常将监控光电二极管集成到激光二极管封装中。它产生与输出激光二极管光功率部分成比例的电流。如果光电二极管电流用作反馈，控制系统将尝试保持光电二极管电流(以及激光二极管光功率)恒定。可调电流源的输出会发生变化以保持光功率水平相同(这称为恒功率 (CP) 模式)。光电二极管电流和激光二极管输出功率与激光二极管数据表中给出的传递函数相关。光电二极管不仅可以通过向激光系统提供电流来监测激光的 DC 或 CW 输出，它们还可以测试激光脉冲形状并记录激光脉冲的峰值功率。

光敏二极管五、灵敏度

光敏二极管数据表中的信息包括前面讨论的四个主要组件、光敏二极管类型、峰值灵敏度波长，以及最重要的尺寸和成本。已经集成到激光二极管系统中的光电二极管在选项和信息方面可能会受到限制。激光数据表通常会给出最大反向电压，有时还会给出光电二极管的灵敏度。如果光敏二极管的规格对您的激光器设计极为重要，则可能需要定制构建或组件来满足您的需求。

光敏二极管六、概括

在决定是否反向偏置光敏二极管时，一切都归结为平衡速度和噪声并决定什么是最重要的。如果您的应用依赖于极低噪声和低暗电流，您应该选择不偏置光电二极管。如果速度是您的主要关注点，您应该选择反向偏置光电二极管，因为响应时间会得到改善。换句话说，如果您的应用是基于精度的，那么光伏模式将更适合您的需求。如果您的应用是基于速度(高)的，光电导模式或反向偏置模式将更适合这个领域。反向偏置光电二极管比无偏置模式更灵敏。如果以光伏模式运行，则可能需要放大响应。

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