【探討單光子雪崩二極管與雪崩光電二極管的差異】單光子雪崩二極管(SPAD)和雪崩光電二極管(APD)都是能夠?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的光檢測(cè)器，但兩者之間仍存在一些細(xì)微差異：
工作原理：SPAD被設(shè)計(jì)用來(lái)檢測(cè)單個(gè)光子;相比之下,APD的目的是檢測(cè)和測(cè)量廣范圍的光強(qiáng)
度信號(hào)。
靈敏度：SPAD的靈敏度高于APD，可以精確檢測(cè)單個(gè)光子;APD靈敏度較低,用于檢測(cè)和測(cè)量不同光強(qiáng)度的光信號(hào)。
線性度：SPAD輸出電信號(hào)與入射光強(qiáng)度之間的線性關(guān)系,通常不如APD理想。
應(yīng)用：SPAD常用于需要高靈敏度和單光子檢測(cè)的場(chǎng)合,如量子密鑰分發(fā)、光達(dá)和傳感;APD常用于需要檢測(cè)和測(cè)量廣范圍光強(qiáng)度的場(chǎng)合,如光通信、醫(yī)學(xué)成像和軍事應(yīng)用。總結(jié)來(lái)說(shuō),SPAD和APD的主要差異在于靈敏度和所檢測(cè)的光信號(hào)類型。SPAD靈敏度高,檢測(cè)單個(gè)光子;APD 靈敏度較低,檢測(cè)廣范圍的光強(qiáng)度。
【為什么 APD 需要更高的偏壓電壓？】
雪崩光電二極管(APD)需要相對(duì)較高的偏壓電壓才能正常工作。高偏壓對(duì)于在APD內(nèi)部產(chǎn)生足夠強(qiáng)大的電場(chǎng)以驅(qū)動(dòng)載流子(電子和空穴)發(fā)生雪崩倍增至關(guān)重要。 當(dāng)APD吸收入射光子時(shí),會(huì)生成一對(duì)電子空穴。強(qiáng)大的電場(chǎng)使電子和空穴朝相反方向移動(dòng)并與其他載流子碰撞。這些碰撞會(huì)觸發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng),即雪崩倍增,產(chǎn)生更多載流子。載流子數(shù)目的增加會(huì)提升APD的電流,使其能夠檢測(cè)和測(cè)量不同的光強(qiáng)度。
決定APD所需偏壓電壓強(qiáng)度的因素有幾項(xiàng),包括材料成分、摻雜度、大小和幾何形狀。通常,較大的APD,摻雜度越高,所需的偏壓越高,以產(chǎn)生進(jìn)行雪崩倍增所需的電場(chǎng)。總之,高偏壓對(duì)于APD的正常工作至關(guān)重要,因?yàn)樗僧a(chǎn)生驅(qū)動(dòng)載流子發(fā)生雪崩倍增的電場(chǎng),使APD能夠檢測(cè)和測(cè)量廣范圍的光強(qiáng)度。
【APD中的雪崩效應(yīng)是什么？】當(dāng)入射光子被APD吸收時(shí),會(huì)生成一對(duì)電子空穴,此時(shí)便會(huì)在雪崩光電二極管(APD)中發(fā)生雪崩效應(yīng)。雪崩效應(yīng)是APD正常工作的關(guān)鍵,使其能夠檢測(cè)和測(cè)量不同的光強(qiáng)度。雪崩效應(yīng)的產(chǎn)生依賴于APD內(nèi)形成足夠強(qiáng)大的電場(chǎng)以驅(qū)動(dòng)載流子發(fā)生雪崩倍增。在強(qiáng)大的電場(chǎng)作用下,電子和空穴相互碰撞。這些碰撞會(huì)觸發(fā)更多載流子生成的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),即雪崩倍增。 載流子數(shù)目的增加會(huì)提高APD的電流,使其能夠檢測(cè)和測(cè)量不同的光強(qiáng)度。雪崩效應(yīng)的大小與APD內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度和材料的摻雜度成正比。電場(chǎng)越強(qiáng)、摻雜度越高會(huì)導(dǎo)致載流子倍增越多,使APD的增益越高。總的來(lái)說(shuō),雪崩效應(yīng)是APD重要的工作機(jī)制,它依賴于電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)載流子發(fā)生雪崩倍增,使APD具有檢測(cè)廣范圍光強(qiáng)度的能力。
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