13、用于安全应用的光电探测器：原理、类型与应用

用于安全应用的光电探测器：原理、类型与应用

1. 引言

在过去几十年里，技术应用呈爆炸式增长，极大地改变了人们的生活方式。集成电路（IC）的纳米级小型化浪潮，为消费电子领域开辟了广阔空间，提升了IC的速度并降低了功耗。这一趋势遵循着R. P. Feynman的“底部有大量空间”和G. E. Moore的“每两年集成电路上廉价放置的晶体管数量几乎翻倍”的理论。

随着晶体管尺寸缩小和互联网通信需求增长，传统铜基技术逐渐无法满足高带宽和高速通信要求。光子学凭借低噪声和高速传输特性，在通信领域崭露头角。长距离通信通常在1300 - 1550 nm光谱范围内进行，该范围对应着二氧化硅掺杂光纤的最低光损耗窗口。目前，该光谱范围内已开发出多种光学设备。

在光纤通信中，信号需高效转换为电信号进行处理。光电探测器作为将光信号转换为电信号的关键部件，对通信系统性能影响重大，在消费和科学领域都有广泛应用。

2. 半导体光电探测器

检测特定光谱范围内的光子，可利用电子的内、外光电发射效应。外部光电发射设备如真空光电二极管和光电倍增管虽能满足一定性能标准，但体积大且需高电压。相比之下，半导体光电探测器（有或无内部增益）兼容性和性能更佳，采用多种半导体材料制成，广泛应用于光纤通信系统。

2.1 基本要求

将光信号转换为电信号时，光电探测器需满足严格的性能和兼容性要求：
1. 尺寸匹配 ：与光纤物理尺寸适配。
2. 光谱灵敏度 ：在所需光谱范围内具有高灵敏度和波长选择性。
3. 高保真度