光电探测器选型指南

光电探测器的性能除了成本外，还可以根据光的四个基本属性做出适当的选择。光是研究自然界物理和化学过程的多功能工具。任何被分析的特定系统都可以通过其发射或反射的光来传达有关其自身的信息。电信号是处理、传输和存储信息的有效媒介。光电探测器的作用是将以光形式传播的信息转换为电信号，同时将信息质量损失降至最低。

光携带的信息可以用光的四个基本属性的任意组合进行编码：光谱组成(W)、强度(I)以及时间(T)和空间(s)特征(图1)。因此，选择合适的光电探测器取决于其在这四个方面的性能，此外还有成本($)，统称为WITS$。

图1所示 ，来自被研究系统的光可能包含光谱组成、强度、时间特征(例如，恒定强度、脉冲、指数衰减等)和空间特征(例如，准直光、漫射光等)等形式的系统信息。

光电探测器输出端的信噪比(S/N)是探测器性能的衡量标准，也是从可用探测器池中选择时的品质因数。本选择指南适用于一组四点探测器：光电倍增管(PMT)、光电二极管(PD)、雪崩光电二极管(APD)和硅光电倍增器(SiPM)。

PMT是一种具有光敏光电阴极的真空管，具有提供内部电增益的一系列阳极和信号收集阳极。PMT具有低内部噪声、10^5~ 10^6量级的增益(μ)和探测单光子的能力。PD是一种光敏的固态器件，具有p-n结，没有内部增益(μ = 1)。在典型操作中，PD反向偏置到几伏特。APD是一种内部增益的PD。在典型的操作中，APD反向偏置到接近但小于其击穿电压的电压。增益可达100倍左右。如果反向电压小于击穿电压，则由单个电荷载流子触发的雪崩会自行熄灭;否则，雪崩必须由外部来扑灭。后一种工作模式被称为盖革模式。SiPM是正方形单元或像素的矩形阵列，其中每个单元是APD和淬火电阻的一系列组合。所有的单元格都是平行组合的。在典型的操作中，SiPM是反向偏置的，因此apd在盖革模式下工作，从而使器件获得与PMT相当的增益。人们可能会认为SiPM是PMT的固态模拟版本，尽管具有更高的内部噪声。表1比较了四种光电探测器。

审核编辑 黄宇