光电探测器前置放大电路设计是将光信号转化为电信号的关键环节。光电探测器，特别是光电二极管，能将光功率转化为电流。然而，实际应用中并非像简单电路所示，直接用电阻取样光电二极管的输出电流就能得到理想的电压信号。其中涉及多个因素，包括暗电流、噪声、响应速度以及后级电路匹配等复杂问题。 光电探测器存在暗电流，即使在无光照情况下也会有电流产生，这可能导致信号干扰。取样电阻的选择是个权衡过程，电阻过大将增加噪声，过小则可能降低信号电压，同时影响响应速度。光电探测器的PN结电容与取样电阻构成RC充电回路，影响响应速度。VCC电压的稳定性直接影响结电容，进而影响响应度，不稳定的电源可能导致噪声增加。 为了改善响应速度，可以通过减小取样电阻来减小RC时间常数，但这样会牺牲响应幅度。此外，较大的取样电阻虽然有利于捕捉微弱信号，但会增加输出阻抗，对后级放大电路造成负担，要求后级电路具有高输入阻抗以获取更多信号能量。 光电探测器的结构包括光生电流源和结电容，反偏电压增大可以减小结电容，提高响应速度。然而，半导体工艺中的寄生电阻会产生暗电流，无偏用法可以消除暗电流，提供良好的线性度和较低噪声，适合微弱光信号检测。有偏用法则通过施加偏压减小结电容，提高响应速度，但会引入暗电流，适用于速度优先的场景。 在有偏用法中，可能遇到运算放大器输出振荡的问题，这是因为结电容引起的信号延迟。解决办法是在反馈电阻上并联电容进行补偿。然而，实际应用中的运算放大器并非理想器件，输入级的偏置电流可能影响输出，导致异常现象，如高直流电平或零输出。 光电探测器前置放大电路设计需综合考虑多个因素，包括噪声抑制、响应速度、后级匹配以及实际器件特性。通过适当的设计和补偿策略，可以实现对不同光信号的高效检测。

图1   TSMC 0.35pm CMOS工艺参数下光电探测器的器件模拟 　　图1（a）模拟了工作二极管响应电流与外加反压的关系曲线，三条曲线分别为无光照、光照强度分别为1WZcm2、25w/cm2，光波长为0.85gm时工作二极管的响应电流，以二极管面积为20×20 ptm＇计算，输入光功率分别为4 pW（-23 dBm）和100 pW（-10 dBm），图中可见无光照的响应电流（对应暗电流）约为10-15A数量级，光照强度为1 Wcm2时产生0.16 μtA光电流，响应度为0.04 A/W。光照强度为25 W；cm＇时产生4.8 pA光电流，响应度为0.048 A/W。后者完够满足CMO

设计了Si 衬底上Ge 薄膜共振腔增强型光电探测器的器件结构，理论计算了上下反射镜Si/SiO2的对数、吸收区Ge薄膜的厚度、有源区面积等参数对器件的外量子效率、带宽等性能的影响。当器件上下反射镜Si/SiO2的对数分别为2 和3，Ge 薄膜的厚度为0.46 μm ，器件的台面面积小于176 μm2 时，探测器在中心波长1.55 μm 处的外量子效率达到0.64，比普通结构提高了30 倍，同时器件的带宽达到40 GHz。

纳米线光电探测器具有响应速度快，光电转换效率高的优点，可广泛应用于各个行业。 但是，丰富的表面态会导致较大的暗电流，并会阻碍高性能纳米线光电探测器的发展。 本文研究了硫表面钝化对单个GaAs纳米线光电探测器暗电流的影响及其机理。 表面钝化后，暗电流显着降低了约30倍。 我们确认暗电流减少的根源是表面态密度的减少。 结果，实现了具有7.18××10-2 pA的低暗电流和9.04××1012 cmHz0.5W-1的高检测率的单个GaAs纳米线光电探测器。 已经提出了一种实现高性能基于GaAs的光电检测器的简单方便的方法。

光电子器件-第二章结型光电探测器课件.ppt

在弱光检测中，光经过光电探测器转换为电信号，此信号极其微弱。要实现光电转换，并有效地利用这种信号，必须对光电器件采取适当偏置，然后再将已转换的电信号进行放大处理。对光电导器件、光伏型探测器、光电流型探测器的前置电路进行研究与设计。根据不同种类的探测器及探测光信号的频率特性选取不同的偏置与放大电路，使前置电路的性能达到最优。

3．1光电探测器输出频率特性和增益的测试 测量时，信号发生器送出一个20 mV的模拟信号， 用一个22 kQ和一个50 Q的电阻分压，将其20，mV信 号衰减4 400倍后为4．5肛V，送到被测放大器输入端。 将信号发生器的频率从i0 kHz～3 MHz逐级变化，同 时记录被测波形幅度的大小，将测量的每个点连接起 来，绘出放大器输出频率特性。再测放大器增益，以频 率，=1 MHz时为例，示波器测得输出波形幅度约为 1．8 mV。 输出／输入△1．8 mV／4．5弘V=400 3．2光电探测器等效输入噪声的测试 利用噪声发生器法测量前置放大器等效输入噪声。 用自制的简易噪声源电路产生0"--1 V电压为带宽白噪 声。校准噪声源表示成一个与APD内阻R。串联的噪 声发生器，一般取R。=100 kn左右。系统的等效输入 噪声相加为E血，放大器和发生器的噪声测得为E。。 E二=2E壶 E血2=西器2 2=E墨 提高噪声发生器电压E。，使输出噪声功率增大 一倍所必须的噪声发生器噪声电压等于放大器等效输 入噪声，用这种方法来测量光电探测器的等效输入噪 声，按照下列步骤进行测量： (1)不加输入噪声发生器，用均方根值表测量被测 放大器总输出k； (2)加噪声发生器，调节电位使被测光电探测器前 置放大器总输出为原来的拉倍噪声电压，即拉E。，也 就是提高了3 dB； (3)此时测得的噪声发生器产生的电压就等于放 大器的等效输入电压Em。 噪声发生器法测噪声，其特点是简单易行，且能测 定多种混杂的随机噪声，又克服了示波器波形观察峰一 峰值读取容易因人而异出错的缺点。此外，由于自制简 易噪声发生器电路容易实现，所用仪器少，且测量较为 准确。 4实验结果 4．1光电探测器输入信噪比 表1为用噪声发生器法测得的一组噪声电压数据。 表1 APD探测器光电信号前置放大器噪声电压数据 由表1中测量数据可观察到，测得的噪声仍可能受 到外界的影响。这里要特别强调的是，由于所测试的地 点实验室比较集中，干扰源也有可能会相对多一些，要 179 万方数据

光电探测器电路用于对光电转换器件输出的微弱电压或电流信号进行放大、处理和整形输出。对于不同探测用途而采用的光电转换器件不

四象限光电探测器实际由四个光电探测器构成，每个探测器一个象限，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，如图1。一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面。当目标成像不在光轴上时，四个象限上探测器输出的光电信号幅度不相同，比较四个光电信号的幅度大小就可以知道目标成像在哪个象限上（也就知道了目标的方位），若在四象限光电探测器前面加上光学调制盘，则还可以求出像点偏离四象限光电探测器中心的距离或θ角来。

硅放大光电探测器行业调研及趋势