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盖革模式APD(SPAD)工作原理与性能

更新时间:2026-04-06 09:47:57 大小:16K 上传用户:潇潇江南查看TA发布的资源 标签:apdspad 下载积分:2分 评价赚积分 (如何评价?) 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

一、SPAD的基本概念与工作原理

(一)定义与核心特性

盖革模式雪崩光电二极管(Single-Photon Avalanche DiodeSPAD)是一种工作在盖革模式下的特殊光电二极管,能够实现对单个光子的探测。其核心特性包括极高的灵敏度(单光子级别)、快速的响应速度(纳秒级时间分辨率)和宽光谱响应范围(通常覆盖紫外至近红外波段)。SPAD通过将反向偏压设置在击穿电压之上,使单个光子激发的载流子引发雪崩效应,从而输出可探测的电脉冲信号。

(二)工作原理

1. 反向偏压设置SPAD工作时,施加的反向偏压(Vbias)高于其击穿电压(VBD),形成过偏压(Vexcess= Vbias- VBD)。过偏压的大小直接影响器件的增益、暗计数率和光子探测效率。

2. 雪崩触发与淬灭:当入射光子在耗尽区产生电子-空穴对时,在强电场作用下发生雪崩倍增。为避免持续雪崩导致器件损坏,需通过淬灭电路(被动淬灭或主动淬灭)快速降低偏压至击穿电压以下,使雪崩过程停止。随后电路恢复偏压,器件回到等待状态。

3. 信号输出:雪崩过程产生的电流脉冲经淬灭电路处理后,输出数字脉冲信号,每个脉冲对应一个探测到的光子。


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