光电传感器是用于探测电磁波的电子器件，按照探测波段可分为X射线、紫外、可见光、红外光电探测器。其核心原件-光电传感器可把光信号转换为电信号，是基于光伏(光电)效应。
光电二极管和单点式光电传感器
1. 光电传感器
光电传感器是用于探测电磁波的电子器件，按照探测波段可分为X射线、紫外、可见光、红外光电探测器。其核心原件-光电传感器可把光信号转换为电信号，是基于光伏(光电)效应，其基本机理如下所述。
光子通过光电光感器后可转化为电子，并以电流形式输出，当光子被半导体材料吸收时，半导体材料的电子从价带激发到导带，然后由电路读出，作为输出信号。
有三种过程可从材料中激发出电子：光伏效应，光电导效应，光电发射效应。能够发生光伏效应的半导体传感器，应该由P型区和N型区组成，并且两区相互拼接形成P-N结，如图1(a)所示。电子吸收光子后，激发到导带上，但在价带上留下空穴，形成了电子-空穴对。电子在材料内部想着P-N姐方向扩散/漂移，Z后到达N型区，这样在N型区和P型区之间形成电势差，即形成了内建电场，如图1(b)所示。另一方面，空穴由于带正电荷，到达P型区。Z终输出电流至电路中。这种光电传感器成为光电二极管(photodiode，PD)。
图1： 基于光伏效应的光电二极管(PD)结构及工作原理图
(a) 基于光伏效应的PD结构；
(b) 对入射光子响应，产生电子空穴对，并接受P-N结的电势差作用而分开，输出电流。
根据其工作原理，光电二极管能够探测到能量高于其材料禁带能力的光子，此处禁带宽度是指导带和价带之间形成的电势差。光子能量 E (单位为 J 或者 eV )可由如下的公式表示：
式中，h为普朗克常数，c为光速，e为电子电荷量，
为探测光的波长。
对现在光电二极管中广泛使用的是硅材料，由于硅的禁带宽度为1.1eV，所以波长小于1100nm的光子才能其被探测到。而InGaAs(铟镓砷)或InSb(锑化铟)由于由更小的禁带宽度，可用于近红外区域或者更长波长光的探测。
对于红外区域的不同波段的光电传感器，通常由评价指标
来对比不同类型传感器的灵敏度，
表明了在交流信号下，单位入射光功率所获得的信噪比大小的灵敏度，如下式所示：
式中，
为输出电流带宽；P为输入光的功率密度(单位为
)；A为有效面积。
图2中展示了几材料的光电而激光/光电导体的
值。其中碲镉汞(MCT)探测器的光谱响应与它的组成成分相关。其中热电堆传感器的
值是由传感器把光子能量转换成热能，通过输出电流的变化映射温度的变化来测量的。
图2：不同化合物材料的光电二极管和光电导体的
2. 单点式传感器
根据光电传感器的应用类型分类的话，其中单点式传感器是应用于对入射光位置和分辨率没有要求的情况。对于高亮度光探测，使用较普遍的光电传感器式硅光电二极管，探测光波长范围为200~1100nm，由于硅材料成熟的制备技术，在可见光区域它的量子效率高达70%，有效面积能达到
；有效面积越小，暗电流越小，响应速度越快；光电二极管的下降时间(响应时间) 
与其探测带宽 
关系如下：
式中C和R分别为读出电路的阻抗和光电二极管的结电容，其中：
式中的
和
分别为真空介电常数( 固定为 
)和相对介电常数；A为光电二极管的有效面积；d为PN结的耗尽层厚度。其中A越小，则
越小(即响应速度越快)；其次还可以通过缩短耗尽曾厚度来是响应速度加快。
相关文献：
[1].Toru.Y.(2015) “光学计量手册”,[M]:67-71
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