在前面的文章中我们介绍了光模块的基本结构，包括TOSA、ROSA以及BOSA。今天我们接着介绍ROSA光器件的光电探测器。
光模块接收端能正确识别信号并完成光电转换，就需要光电探测器，光电探测器通过检测出照射在其上面的光功率，从而并完成光/电信号的转换。我们常用的PIN光电二极管和APD(雪崩)光电二极管就属于光电探测器。要说探测器，就必须说说探测器基本的结构PN结。
PN结
PN结，指的将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体的基片上，在这两个半导体的交界处形成的空间电荷区。我们先看看什么是P型和N型半导体。
P型半导体：含有较高浓度的“空穴”(空穴相当于正电荷)，所以是Positive的P，成为能导电的物质； 
N型半导体：含电子浓度较高的半导体，导电性由自由电子导电，由于电子带负电，所以是Negative的N。
因此，在P型半导体和N型半导体交界处就出现了电子和空穴的浓度差，从而形成空穴和电子的扩散运动，导致一些电子从N型区向P型区扩散，一些空穴又从P型区向N型区扩散。最终的结果就是在PN交汇处形成空间电荷区电场(内电场，从N指向P)，也称之为PN结(缺少“多子”也叫耗尽层)。
(图片来源于网络)
在这里说明一下内部电场，这个电场的形成就导致了载流子的漂移运动，一是N区的载流子空穴向P区漂移，另外是P区的载流子电子向N区漂移。
(图片来源于网络)
因此，单纯的PN二极管的扩散运动只发生在PN结附近，远离PN结的地方就没有电场存在，这也是为什么PN二极管的光电变换效率低下以及响应速度也很慢。
PIN光管二极管
为了解决这个问题，提高转换效率和响应速率，通过在P型和N型半导体之间增加 一层轻掺杂的N型材料I(Intrinsic，本征的)层，以展宽耗尽层，提高转换效率，这是因为轻掺杂I层，电子浓度很低，经扩散后就可以形成一个很宽的耗尽层。这就是我们的PIN光电二极管。
PIN光电二极管
原理：
(1)光子照射在半导体材料上产生光生载流子；
(2)光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。
APD雪崩光管二极管
在前面的文章中我们说到，APD雪崩光电二极管具有较高的接收机灵敏度，这个较高灵敏度靠的就是对初级的电光流进行雪崩倍增效果。说到雪崩，估计大家脑海中的第一印象就是大雪山发生雪崩，其实也是同样的道理，高山上的一点雪发生碰撞，从上而下一路累积，雪团越来越大，最后形成雪崩。
从这里我们可以看出，要发生雪崩，必须具备一个条件就是山要足够的高。因此，雪崩光电二极管也就是在PIN光电二极管的基础结构中增加了雪崩区。使得光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应激发出新的电子-空穴对，新产生的载流子通过电场加速，导致更多的碰撞电离产生，一生二，二生三，三生万物，从而获得光生电流的雪崩倍增。
APD雪崩光电二极管
原理：
(1)光子照射在半导体材料上产生光生载流子；
(2)光生载流子在雪崩区即高电场区发生雪崩倍增；
(3)光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。
写在最后，实际工作或工程项目中，我们可能更多的是关注光电探测器的某些重要指标，比如说接收机灵敏度和过载点，这些指标我们下次再聊。
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发光二极管与光电二极管区别

 

发光二极管

 

发光二极管是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，它在照明领域应用广泛。发光二极管可高效地将电能转化为光能，在现代社会具有广泛的用途，如照明、平板显示、医疗器件等。

　　发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。

发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

 

光电二极管

光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。

　　光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。

 

发光二极管与光电二极管区别

发光二极管是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，它在照明领域应用广泛。 发光二极管可高效地将电能转化为光能，在现代社会具有广泛的用途，如照明、平板显示、医疗器件等。

　　发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。

　　普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。

在前面的文章中我们介绍了光模块的基本结构，包括TOSA、ROSA以及BOSA。今天我们接着介绍ROSA光器件的光电探测器。
光模块接收端能正确识别信号并完成光电转换，就需要光电探测器，光电探测器通过检测出照射在其上面的光功率，从而并完成光/电信号的转换。我们常用的PIN光电二极管和APD(雪崩)光电二极管就属于光电探测器。要说探测器，就必须说说探测器基本的结构PN结。
PN结
PN结，指的将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体的基片上，在这两个半导体的交界处形成的空间电荷区。我们先看看什么是P型和N型半导体。
P型半导体：含有较高浓度的“空穴”(空穴相当于正电荷)，所以是Positive的P，成为能导电的物质；
N型半导体：含电子浓度较高的半导体，导电性由自由电子导电，由于电子带负电，所以是Negative的N。
因此，在P型半导体和N型半导体交界处就出现了电子和空穴的浓度差，从而形成空穴和电子的扩散运动，导致一些电子从N型区向P型区扩散，一些空穴又从P型区向N型区扩散。最终的结果就是在PN交汇处形成空间电荷区电场(内电场，从N指向P)，也称之为PN结(缺少“多子”也叫耗尽层)。
(图片来源于网络)
在这里说明一下内部电场，这个电场的形成就导致了载流子的漂移运动，一是N区的载流子空穴向P区漂移，另外是P区的载流子电子向N区漂移。
(图片来源于网络)
因此，单纯的PN二极管的扩散运动只发生在PN结附近，远离PN结的地方就没有电场存在，这也是为什么PN二极管的光电变换效率低下以及响应速度也很慢。
PIN光管二极管
为了解决这个问题，提高转换效率和响应速率，通过在P型和N型半导体之间增加 一层轻掺杂的N型材料I(Intrinsic，本征的)层，以展宽耗尽层，提高转换效率，这是因为轻掺杂I层，电子浓度很低，经扩散后就可以形成一个很宽的耗尽层。这就是我们的PIN光电二极管。
PIN光电二极管
原理：
(1)光子照射在半导体材料上产生光生载流子；
(2)光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。
APD雪崩光管二极管
在前面的文章中我们说到，APD雪崩光电二极管具有较高的接收机灵敏度，这个较高灵敏度靠的就是对初级的电光流进行雪崩倍增效果。说到雪崩，估计大家脑海中的第一印象就是大雪山发生雪崩，其实也是同样的道理，高山上的一点雪发生碰撞，从上而下一路累积，雪团越来越大，最后形成雪崩。
从这里我们可以看出，要发生雪崩，必须具备一个条件就是山要足够的高。因此，雪崩光电二极管也就是在PIN光电二极管的基础结构中增加了雪崩区。使得光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应激发出新的电子-空穴对，新产生的载流子通过电场加速，导致更多的碰撞电离产生，一生二，二生三，三生万物，从而获得光生电流的雪崩倍增。
APD雪崩光电二极管
原理：
(1)光子照射在半导体材料上产生光生载流子；
(2)光生载流子在雪崩区即高电场区发生雪崩倍增；
(3)光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。
写在最后，实际工作或工程项目中，我们可能更多的是关注光电探测器的某些重要指标，比如说接收机灵敏度和过载点，这些指标我们下次再聊。
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直插：光敏二极管引脚的区分通常直接查看光敏二极管的引脚长短即可区分:引脚长的为正极(P极)，引脚短的为负极 (N极)。 贴片光敏二极管SGPD30C中文手册：https://wenku.baidu.com/view/f632fde5fab069dc5022017e.html

           普通发光二极管：发光二极管很简单，就是长脚为正，短脚为负，还要接入限流电阻。

直插光电二极管引脚极性识别方法：

长引脚连着光电管内部二极管负极，但由于光电二极管与普通二极管不同 是反着用，所以长引脚将接电源的正极，所以把长引脚确定为正极




光敏二极管，是利用其暗电流来测量当前环境的光照度的，一般是反向连接使用。

贴片：底部有绿色一杠的是负极

对于有色点或管键标识的管子，其靠近标识的一脚为正极，另一脚为负极。 　　

 

光敏二极管正负极检测

在无光照射时，光敏二极管的伏安特性和普通二极管一样，此时的反向电流叫暗电流，一般在几微安到几百微安之间，其值随反向偏压的增大和环境温度的升高而增大。在检测弱光电信号时，必须考虑用暗电流小的管子。一般光敏二极管的工作方式为加反向电压或不加电压两种状态。在有光照时，光敏二极管在一定的反偏电压范围内（UR≥5V），其反向电流将随光照强度（10-103Lux范围内）的增加而线性增加，这时的反向电流又叫光电流。因此，对应一定的光照强度，光敏二极管相当于一个恒流源。在有光照而无外加电压时，光敏二极管相当于一个光电池，输出电压P区为正，N区为负，随光照强度的改变，由于光电转换光敏二极管两极的输出电压也随着改变。因此可用数显万用表的区别正负极，方法是将万用表置于Rx1k挡，用物体挡住管子的受光窗口，用红、黑表笔对调测出两次阻值，其阻值较大的一次测量(反向阻值)，红表笔所接的引脚为负极，黑表笔所接的引脚为正极。