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

过去几十年，科技应用飞速发展，集成电路小型化至纳米级，为消费电子带来巨大机遇。这一技术革命受费曼和摩尔定律的影响，纳米技术应运而生并广泛应用于多个领域。随着晶体管尺寸缩小和互联网通信需求增长，传统铜基技术难以满足高速通信需求，光子学凭借低噪声和高速传输特性在通信领域崭露头角。长距离通信可在1300 - 1550 nm光谱区域进行，该区域的光器件已得到一定发展。然而，光信号在光纤通信中需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，且在消费和科研领域有广泛应用。

2. 半导体光电探测器

2.1 基本原理与优势

为检测特定光谱区域的光子，可利用电子的内、外光电发射效应。外部光电发射器件如真空光电二极管和光电倍增管虽能满足一定性能标准，但存在重量大、需高电压等缺点。而半导体光电探测器采用内光电发射效应，具有更好的兼容性和性能，可使用多种半导体材料，如硅、锗、III - V族合金、II - VI族合金和新型二维纳米材料等，在光纤通信系统中有重要应用。

2.2 工作过程

基本的光电二极管是反向偏置的p - n结光电器件，吸收光辐射并将其转换为光电流，经放大后处理。光电检测过程包括：
1. 从光源吸收能量并产生电荷载流子。
2. 载流子在耗尽区传输。
3. 载流子收集并通过外部电路形成净光电流。

这种光电探测器在光通信系统中广泛应用，要求对光信号高灵敏、低噪声、高带宽且成本低，其应用范围涵盖超市自动照明、星系辐射探测、安全应用等多个领域。

2.3 基