Photodetektoren

Photodetektoren sind elektronische Bauelemente, die Licht in elektrische Signale umwandeln. Sie reagieren auf optische Strahlung von UV bis Infrarot, abhängig von Material und Aufbau, und liefern Informationen über Intensität, Wellenlänge oder zeitliche Struktur des Lichts.

Die wichtigsten Typen sind Photodioden (PN- oder PIN-Dioden), die Licht durch Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren in einen Strom bzw. eine Spannung überführen; Avalanche-Photodioden APD, die durch Ladungsvervielfachung die Empfindlichkeit erhöhen; Photomultiplier (PMTs), die als Vakuumröhren mit dynodes eine extreme hohe Verstärkung erzielen; SPADs, die Einzelfotonen zuverlässig detektieren; sowie Photoconductive Detectors, deren Leitfähigkeit sich unter Beleuchtung ändert.

Typische Materialien umfassen Silizium für sichtbares Licht, InGaAs für Nahinfrarot, Germanium für nahe IR, HgCdTe für mittleres bis langes IR. Je nach Material wird der Detektor im Photovoltaik-Modus (Nullbias) oder im Rückwärtsbias (Photoconductive- bzw. Avalanche-Modus) betrieben.

Wichtige Leistungskennzahlen sind Empfindlichkeit bzw. Responsivity (A/W), Quanteneffizienz, Rauschparameter wie NEP und D*, Dunkelstrom, Bandbreite und Anstiegszeit. Die Temperatur beeinflusst Empfindlichkeit, Dunkelstrom und Stabilität.

Anwendungen reichen von optischer Kommunikation, Spektroskopie und Astronomie über medizinische Bildgebung bis hin zu Messungen in Umweltüberwachung und LIDAR.

Bei der Auswahl spielen Wellenlänge, benötigte Empfindlichkeit, Geschwindigkeit, Kühlung, Kosten und Integration in elektronische Schaltungen eine Rolle. Neue Entwicklungen umfassen integrierte CMOS-Detektoren und fortschrittliche Einzelphotonendetektoren wie SNSPDs.