光敏二極管可以在沒有任何電壓偏置的情況下工作。APD 設計為反向偏置，因此本節將與 PN 和 PIN 光敏二極管相關。如果沒有在結兩端增加電壓，暗電流可能會非常低(接近于零)。這降低了系統的整體噪聲電流。因此，與使用反向電壓偏置操作相比，無偏置 PN 或 PIN 光電二極管更適合低照度應用。(對于弱光應用，反向偏置 APD 仍將提供比 PN 或 PIN 光電二極管更高的靈敏度。)無偏置光電二極管也適用于低頻應用(高達 350 kHz)?？梢钥吹秸蚱媚Ｊ?綠色)和反向偏置模式(藍色)之間的無偏置模式(其中 V = 0)。該圖在無偏時顯示出非常小的暗電流(如果有的話)。當光敏二極管被照亮時，耗盡區中的電場增加。這會產生隨光子通量增加而增加的光電流。這在太陽能電池中最常見，其中在兩個端子之間測量產生的電壓。與偏置模式相比，光伏模式的光電流響應隨溫度的變化較小。無偏置光電二極管的主要缺點是響應速度慢。在系統沒有偏置的情況下，光電二極管的電容最大，導致速度變慢。

光敏二極管一、光電導”模式反向偏置

當光敏二極管反向偏置時，PN 結上會施加一個外部電壓。負端接正P層，正端接負N層。這導致 N 層中的自由電子被拉向正極端子，而 P 層中的空穴被拉向負極端子。當向光電二極管施加外部電壓時，自由電子從負極開始，并立即用電子填充 P 層中的空穴。這會在帶有額外電子的原子中產生負離子。帶電原子然后反對自由電子流向 P 層。同樣，空穴產生正離子的過程大致相同，但方向相反。反偏時，反向偏壓導致耗盡區兩端的電勢增加，耗盡區的寬度增加。這是創建大面積以吸收最大量光子的理想選擇。

光敏二極管二、增加耗盡層

通過增加耗盡層的尺寸，反向偏壓可以縮短響應時間。這種增加的寬度降低了結容量并增加了光電二極管中載流子的漂移速度。承運人的運輸時間減少，響應時間縮短。不幸的是，增加偏置電流也會增加暗電流。對于使用 PN 或 PIN 光電二極管的非常敏感的系統來說，這種噪聲可能是個問題。這會影響低光照條件下的性能。如果使用 APD，無論光電二極管的增益如何，信噪比都會很大。因為光子在耗盡區被理想地吸收，所以 P 層可以構造得非常薄。這可以與反向偏壓相平衡，以創建具有更快響應時間的最佳光電二極管，同時保持盡可能低的噪聲。

光敏二極管三、反向偏置

操作的另一個好處是光電二極管相對于照明的線性輸出(圖 4藍色部分中的直線)。這僅僅意味著電壓和電流隨著光功率的增加而線性變化(成正比)。還可以看到正向偏置部分(綠色)的非線性。顯示了反向偏置部分(藍色)及其旁邊的擊穿電壓(紅色)。光電二極管的工作不應超過擊穿電壓。這會損壞光電二極管。光電二極管的 IV 曲線。I 0是暗電流。I P是光電流。P 表示不同光照水平下的電流(P 0是沒有入射光)。

光敏二極管四、與激光二極管集成

激光二極管制造商通常將監控光電二極管集成到激光二極管封裝中。它產生與輸出激光二極管光功率部分成比例的電流。如果光電二極管電流用作反饋，控制系統將嘗試保持光電二極管電流(以及激光二極管光功率)恒定?？烧{電流源的輸出會發生變化以保持光功率水平相同(這稱為恒功率 (CP) 模式)。光電二極管電流和激光二極管輸出功率與激光二極管數據表中給出的傳遞函數相關。光電二極管不僅可以通過向激光系統提供電流來監測激光的 DC 或 CW 輸出，它們還可以測試激光脈沖形狀并記錄激光脈沖的峰值功率。

光敏二極管五、靈敏度

光敏二極管數據表中的信息包括前面討論的四個主要組件、光敏二極管類型、峰值靈敏度波長，以及最重要的尺寸和成本。已經集成到激光二極管系統中的光電二極管在選項和信息方面可能會受到限制。激光數據表通常會給出最大反向電壓，有時還會給出光電二極管的靈敏度。如果光敏二極管的規格對您的激光器設計極為重要，則可能需要定制構建或組件來滿足您的需求。

光敏二極管六、概括

在決定是否反向偏置光敏二極管時，一切都歸結為平衡速度和噪聲并決定什么是最重要的。如果您的應用依賴于極低噪聲和低暗電流，您應該選擇不偏置光電二極管。如果速度是您的主要關注點，您應該選擇反向偏置光電二極管，因為響應時間會得到改善。換句話說，如果您的應用是基于精度的，那么光伏模式將更適合您的需求。如果您的應用是基于速度(高)的，光電導模式或反向偏置模式將更適合這個領域。反向偏置光電二極管比無偏置模式更靈敏。如果以光伏模式運行，則可能需要放大響應。

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