在理想情况下r = f，但是由于非全耗尽性中载流子扩散速度 远小于漂移速度，使得r≠f，造成脉冲不对称。
1. 为了获得较高的量子效率，耗尽区宽度w必须大于1/s (吸 收系数的倒数)，以便可以吸收大部分的光；
在一定波长的光照射下，光电检测器的平均输出电流与入射 的平均光功率之比称为响应度(或响应率)。响应度可以表示如 下：
式中：Ip为光生电流的平均值(单位：A)；P为平均入射光功 率值(单位：W)。
灵敏特性，而量子效率是器件在内部呈 现的微观灵敏特性。量子效率定义为通 过结区的载流子数与入射的光子数之比， 常用符号η表示：
由于受激吸收仅仅发生在PN结附近，远 离PN结的地方没有电场存在，因此就决 定 了 PN 光 电 二 极 管 ( PN Photodiode， PNPD)或PN光电检测器的光电变换效率 非常低下及响应速度很慢。
当电载流子在材料中流动时，一些电子-空穴对会重新复合而 消失，此时电子和空穴的平均流动距离分别为Ln和Lp，这个距 离即扩散长度。
PIN光电二极管是在掺杂浓度很高的P型、N型半导体之间 ，加一层轻掺杂的N型材料，称为I（Intrinsic，本征的）层。 由于是轻掺杂，电子浓度很低，经扩散后形成一个很宽的耗 尽层，如图6.3（a）所示。这样可以提高其响应速度和转换 效率。结构示意图如图6.3（b）所示。
式中：e是电子电荷，其值约为1.6×1019G；ν为光频。η与ρ关系可以表示为：
式中：h是普朗克常数，c是光在真空中 的速度,λ是光电检测器的工作波长。代入 相应数值后，可以得到：
例6.2 有一个InGaAs材料的光电二极管，在100ns的脉 冲时段内共入射了波长为1300nm的光子6x106 个，平 均产生了 5.4x106 个电子空隙对，则其量子效率可以 等于：
光电检测器能检测出入射在其上面的光功率，并完成光/电信号 的转换。对光检测器的基本要求是：
① 在系统的工作波长上具有足够高的响应度，即对一定的入射 光功率，能够输出尽可能大的光电流；
② 具有足够快的响应速度，能够适用于高速或宽带系统； ③ 具有尽可能低的噪声，以降低器件本身对信号的影响； ④ 具有良好的线性关系，以保证信号转换过程中的不失真； ⑤ 具有较小的体积、较长的工作寿命等。 目前常用的半导体光电检测器有两种，PIN光电二极管和APD 雪崩光电二极管。
例6.3 能量为1.53x10-19 J的光子入射到光电二极ห้องสมุดไป่ตู้上，此 二极管的响应度为0.65A/W，如果入射光功率为10uW， 则产生的光电流为：
几种不同材料的pin 光电二极管响应度和量子效 率与波长的关系曲线 PIN光电二极管
pin 光电二极管的能带简图，能量大于或等于带隙能量Eg的光 子将激励价带上的电子吸收光子的能量而跃迁到导带上，可以 产生自由电子-空穴对（称为光生载流子）。耗尽区的高电场 使得电子-空穴对立即分开并在反向偏置的结区中向两端流动， 然后在边界处被吸收，从而在外电路中形成电流。
例：如果光电二极管的电容为3 PF，放大器电容为4 PF，负 载电阻为1 K欧姆，放大器输入电阻为1欧姆，则CT = 7 PF， RT =1 K欧姆，所以电路带宽：
当光照射到光电二极管的光敏 面上时，能量大于或等于带隙 能量Eg的光子将激励价带上的 电子吸收光子的能量而跃迁到 导带上，可以产生自由电子空穴对（称为光生载流子）。 电子-空穴对在反向偏置的外 电场作用下立即分开并在结区 中向两端流动，从而在外电路 中形成电流（光电流）。
APD中的雪崩过程具有统计特性，不同的光生载流子 的放大倍数可能不同，给放大后的信号带来了幅度上的随机 噪声。这里定义F(M)为过剩噪声因子，它近似等于：
光电检测器的噪声包括量子噪声、光电二极管材料引起的 暗电流噪声和由倍增过程产生的倍增噪声。
光电二极管的响应速度是指它的光电转换速度。它取决 于以下三个因素： 1、耗尽区的光载流子的渡越时间； 2、耗尽区外产生的光载流子的扩散时间； 3、光电二极管以及与其相关的电路的RC时间常数。
在耗尽区内漂移到电极 扩散速度 漂移速度 存在问题：较长的扩散时间会影响光电二极管的响应时间 解决办法：尽量扩大耗尽层宽度
例6.1 有一个光电二极管是由GaAs材料组成的，在300k时 其带隙能量为1.43eV，其截止波长为：
放大器输入阻抗一般远大于负载电阻RL，因此检测器的负载 热噪声由RL的热噪声决定：
InGaAs光电二极管在波长为1300 nm时有如下参数：初级体暗电流ID
2. 同时如果w较大，会让二极管结电容C变小，于是RLC常数 变小，从而得到较快的响应；
设RT是负载电阻和放大器输出电阻的组合，CT是光电二 极管结电容和放大器输入电容之和，则检测器可以近似为一个 RC低通滤波器，其带宽为：
设计动机：在光生 电流尚未遇到后续 电路的热噪声时已 经在高电场的雪崩 区中得到放大，因 此有助于显著提高 接收机灵敏度
拉通型雪崩光电二极管（RAPD）采用 ppn 结构，其结构 示意图和电场分布如图6.5所示。图6.5（a）所示的是纵向 剖面的结构示意图。图6.5（b）所示的是将纵向剖面顺时针 转90°的示意图。图6.5（c）所示的是它的电场强度随位置 变化的分布图。
APD可以对初级光电流进行内部放大， 以增加接收机的灵敏度。由于要实现电流 放大作用，光生载流子需要穿过很高的电 场，以获得很高的能量。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，从而 获得光生电流的雪崩倍增。
收带宽为B的接收机，量子噪声均方根电流和光电流Ip的平均 值成正比。其中F(M) Mx是噪声系数，它与雪崩过程的随机
光检测器暗电流是指没有光入射时流过检测器的偏置电路的 电流，它是体暗电流和表面暗电流之和：
式中：Ip为APD倍增后的光生电流；Ip0是 未倍增时的原始光生电流。若无倍增时 和倍增时的总电流分别为I1和I2，则应扣 除当时的暗电流Id1和Id2后才能求出M。
输出端光信噪比： S/N = 光电流信号/(光检测器噪声功率放大器噪声功率)
为了得到较高的信噪比： 1. 光检测器具有较高的量子效率，以产生较大的信号功率 2. 使光检测器和放大器噪声尽可能的低
保护环型在制作时淀积一层环形N型材料，以防 止在高反压时使P-N结边缘产生雪崩击穿。
APD随使用的材料不同有几种：Si-APD（工作在 短波长区）；Ge-APD和InGaAs-APD（工作在长波 长区）等。
因子F(M)用于衡量由于倍增过程的随机性导致的检测器噪声 的增加。参数x称为过剩噪声指数，一般取决于材料，并在 0~1之间变化，x对于Si APD为0.3，对InGaAs APD为0.7， 对Ge APD 为1.0。