在光纖傳感器中，光電檢測(cè)器是必不可少的器件，它起著把光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)的關(guān)鍵作用。這里只簡(jiǎn)單地介紹幾種常用光電檢測(cè)器的主要性能及其選用原則。

1.半導(dǎo)體光電檢測(cè)器

這是光纖傳感器常用的一種光電檢測(cè)器，主要有HN光電二極管、雪崩式光電二極管，以及PIN-FET微型組件等。它們的結(jié)構(gòu)雖有所不同，但檢測(cè)過(guò)程基本相同，即在入射光子作用下，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，然后受強(qiáng)電場(chǎng)作用而分離出自由電子，最后收集起來(lái)形成光電流。因此，實(shí)際上它們就是光子計(jì)數(shù)器。

硅光電二極管價(jià)廉、性能良好（量子效率高達(dá)90%以上，響應(yīng)時(shí)間1 ns以下，暗電流在10 -10 A以內(nèi)），使用方便，是理想的傳感器用光檢測(cè)器。其最佳響應(yīng)波長(zhǎng)在0.8-0.9 μm波段（這正好是GaAs-LD和LED的工作波段），其反偏壓為10?50 V。當(dāng)傳感器的工作波段較長(zhǎng)時(shí)，可用Ge光電二極管和III-V族三元（Ga，As，Sb）或四元（如In，Ga，As，P）合金光電二極管，適用于近紅外波段。主要噪聲源有量子噪聲、暗電流噪聲、表面電流噪聲和表面漏電流噪聲。前者由光生載流子的本征起伏引起，是器件所固有的，它決定了光纖傳感器的極限靈敏度。

雪崩光電二極管（APD）的優(yōu)點(diǎn)是其本身具有增益，從而提髙了系統(tǒng)的靈敏度，其增益一般為10?100倍，最大可達(dá)1000倍以上。由于這種增益特性嚴(yán)重地依賴于溫度，因此它的偏置電路需要有適當(dāng)?shù)臒崞蒲a(bǔ)償。又由于增益對(duì)電場(chǎng)也極為敏感，因此即使在恒溫下，其偏壓也必須保持恒定，一般要求穩(wěn)定到幾十mV數(shù)量級(jí)。此外，雪崩增益是個(gè)隨機(jī)過(guò)程，增益的均方值（m2）大于其平均值的平方（M2），于是就產(chǎn)生了所謂過(guò)剩噪聲（通常用噪聲因子F（m）=m2/M2來(lái)描述）。穿透型雪崩光電二極管（RAPD）的過(guò)剩噪聲十分小，增益為100時(shí)，過(guò)剩噪聲因子僅為5。Si-APD的量子效率幾乎高達(dá)100%，響應(yīng)時(shí)間約1 ns，暗電流為10-11A，過(guò)剩噪聲相當(dāng)小。Ge-APD可工作在1.2?1.6 μm波段，但噪聲較大，增益為10時(shí)，過(guò)剩噪聲因子可達(dá)到7。

PIN-FET微型組件是小面積低電容二極管與高輸出阻抗場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器的復(fù)合體。由于其電容小、輸人阻抗高，因此它具有熱噪聲小的優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于長(zhǎng)波段更為突出。

2.光電倍增管

這是一種最靈敏的光電檢測(cè)器，它能檢測(cè)出每秒鐘只有一個(gè)光子的光電流。與雪崩二極管的區(qū)別在于，可很好地控制光電倍增管的倍增過(guò)程，因此它不存在過(guò)剩噪聲問(wèn)題。這種檢測(cè)器的噪聲源來(lái)自倍增信號(hào)的閃爍噪聲。器件的響應(yīng)波長(zhǎng)從近紅外到近紫外波段，主要由陰極材料決定。

3.光電檢測(cè)器的選擇原則

選擇光電檢測(cè)器的主要依據(jù)是：獲得理想的光信號(hào)強(qiáng)度、光背景電平和所需要的信噪比等因素。信噪比由所要求的信號(hào)分辨率決定，為了獲得足夠大的信噪比，檢測(cè)必須滿足下列條件：

①在工作波段內(nèi)靈敏度要高。Si-LED適用于0.8?0.9μm波段，鍺器件則適用于紅外波段。

②由檢測(cè)器引入的噪聲必須最小，因此應(yīng)當(dāng)選用暗電流、漏電流和并聯(lián)電導(dǎo)盡可能小的器件。

③可靠性高，穩(wěn)定性好。

硅光電二極管的溫度系數(shù)較小，是比較可靠、穩(wěn)定的光檢測(cè)器；而雪崩二極管和光電倍增管的增益都隨偏壓而變，尤其是雪崩二極管的增益是溫度的函數(shù)，因此需要髙度穩(wěn)定的偏壓和溫度補(bǔ)償裝置。表列出了上述光檢測(cè)器的主要性能。此外，檢測(cè)器還應(yīng)具有尺寸小，便于組裝，容易與光纖耦合，偏壓或偏流不宜過(guò)高，價(jià)格低廉等條件。

表 各種光電檢測(cè)器的性能