在光通信领域，光电二极管扮演着至关重要的角色。它能够将光纤传输的光信号在接收端转变为电信号，其各种特性对接收机前端的灵敏度和速度有着显著影响。接下来，我们将深入探讨光通信中光电二极管的工作原理，以及响应度和效率的相关概念。

光电二极管的工作原理

光电二极管对输入光产生电流，从某种意义上来说，这是激光二极管工作过程的逆过程。当用光照射 pn 结时，价带中的电子可能会受激跃迁到导带。其结果是，一个光子被吸收，进而产生一对能够导电的自由电子 - 空穴对。不过，这种现象的产生需要满足一定条件，即光子能量 Ep 必须超过材料的带隙能量 Eg。光子能量由普朗克等式给出：

其中，

j.s 表示普朗克常数。所以，光波长必须小于阈值

才能激发载流子产生。

在 pn 结中产生自由电子 - 空穴对会使反向 “击穿” 特性向原点移动。当反向电压加在二极管上时，光激发的自由电子和空穴会被电源的相反极性吸收，从而产生连续电流。需要注意的是，光电二极管的大部分动作发生在耗尽层。因为二极管其他区域的电场较小，载流子在离开此区域时可能会发生复合。所以，高效的光电二极管工作需要反偏电压和较大的耗尽层。

响应度和效率

光电二极管产生的电流 Ip 与光功率 Pop 成如下线性关系：

其中，

被称为 “响应度”。例如，某些光电二极管的响应度为 1A/W，也就是说，当用合适波长的 1mW 的光照射时，光电二极管会产生 1mA 的电流。通过加宽光电二极管的接收光表面的面积，可以增加响应度。但这也会带来一个问题，即会增大了结电容。

对于理想的光电二极管，每个进入器件的光子都会产生一个自由电子 - 空穴对。然而在实际情况中，某些光子会从表面反射或者被材料吸收产生热。因此，我们将光电二极管的 “量子效率” 定义为：在给定的时间间隔内，产生的电子数除以使用的光子数，即：

其中，q 表示电子电量，分母表示光子数。由前面电流与光功率的关系式可得：

η 的典型值在 0.8 - 0.9 的范围。

光电二极管的应用与特点

光电二极管是用于检测电子电路中入射光的常用元件之一，具有广泛的应用领域，如远程控制、警报、感官应用等。它是一种能够将光能转换为电能的半导体器件，有两条腿，并且有各种形状和包装。当光照射到光电二极管时，电流以两种方式之一流过它：要么从光中产生小电流，要么光允许更大的电流流过。

在光通信、遥感、光度计、光谱仪等领域，光电二极管都发挥着重要作用。它主要由 P 型和 N 型的半导体材料构成，通过光照射在 PN 结上产生电信号。与其他光电探测器相比，光电二极管具有响应速度快、线性度好、噪声低等优点。