雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode, APD)是具有低噪声因子、高内部增益的器件,对微弱信号有很强的探测能力,可以在极短的积分时间内检测极低的光通量获得高速成像。APD红外探测器在高速探测、三维测距、主被动结合成像等方面发挥着重要作用。 APD红外光电探测器通过二极管的雪崩效应获得很高的内部增益,通常有盖格和线性两种工作模式。 在盖格模式下,载流子无限制地雪崩增加会导致器件损坏,需要通过读出电路复位中断雪崩过程并重置偏置电压才能开始下一次探测,恢复过程中器件无法对入射的光子响应,称为APD器件的死区效应[84],恢复过程所需的时间称为死区时间。读出电路中通常要设计淬灭-复位电路,减小死区时间以提高APD器件的时间分辨率,新提出的APD红外器件的时间分辨率已能做到几十纳秒的数量级。 在线性模式下,入射光激发的载流子受较大反向偏置电压产生的强电场作用,不断加速获得很高的动能,与晶格作用激发更多的载流子。载流子电场加速-碰撞电离-产生新载流子的过程导致载流子浓度急速增加,从而将入射的微弱光信号快速放大为读出电路可检测的电信号。放大过程不改变信噪比,且输出电流与入射光子数呈线性关系(见图12),APD器件已广泛应用于低通量、高速的红外探测器。
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