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2024.08
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Dimension-Labs 推出多款全新光电探测器系列产品，该系列包括：
- 光电二极管
- 红外探测器
- 光电探测器模块
- 单光子探测(计数)器
- (微通道板)光电倍增管
其中光电探测器模块包含放大/平衡/雪崩/超灵敏光电探测器，我们的探测器覆盖宽广的光谱范围，包括（极）紫外、可见光、近红外、中/长波红外......另外维度光电还提供特定需求的定制式解决方案，且将持续为您提供各类高性价比的光电探测系列产品，敬请期待！
新品概述
光电探测器种类繁多，且其独特的性质和应用场景都各不相同，部分客户在选型时总是被眼花缭乱的探测器型号所困扰，无法快速选择需要的探测器产品系列及型号。本篇文章就从 Dimension-Labs 各系列光电探测产品的核心参数及应用领域进行介绍和对比分析，帮助大家快速找到匹配的探测器产品。
光电探测器产品的性能参数都是建立在光探测芯片基础之上的，但光探测芯片无法直接使用，为了免受灰尘、水分和化学物质等外界因素的干扰，此类电子元器件通常都要进行封装绝缘保护以保证元器件的正常工作。电子封装根据材料组成主要有金属，陶瓷，塑料基底封装等。
对于许多工业用户来说，常常需要大量定制封装类型的二极管用于研发整机产品，而 Dimension-Labs 可提供定制封装的多波段(紫外、可见及近红外) 元器件 PD 产品。但对于高校科研用户而言，光电二极管并不便于在实验室直接使用，在 PD 接收光信号并转换为电流信号之后，后端还需要通过高带宽的跨阻放大器实现 I/V 转换并放大，最后通过示波器显示或采集信号。
对此，维度光电推出了全新 DL-PDI系列光电探测器模块产品，包含高灵敏度紫外传感模块，基于硅基和铟镓砷的放大 (PDI) 、雪崩 (APDI) 、平衡(BPDI) 和超灵敏 (PFPDI) 光电探测器，铟砷锑 (InAsSb) 和碲镉汞 (MCT) 红外探测器，可选自由空间光输入和单/多模光纤耦合输入类型；根据所选择的探测器可以测量不同参数，主要应用于高速光纤传输系统、弱光检测、空间光通信以及激光雷达等领域。
紫外-红外全面覆盖
日盲紫外探测器
光电探测器的应用范围十分广泛，如何才能针对应用场景及需求参数选择合适的光电探测器呢？接下来我们就根据波长分类、探测光信号类型分类以及应用场景多方面进行分析。
紫外线波长范围为 100 - 400 nm，正处于人眼不可见的辐射波段。而紫外光电探测器通常由第三代宽禁带半导体材料制成，如氮化镓 (GaN)，碳化硅 (SiC)等，灵敏度波长范围刚好与之匹配。在太阳的辐射光谱中，波长 280 nm 以下的紫外光几乎全部被大气吸收，被称为“日盲波段”。因此利用日盲波段可以在全日光下消除背景的干扰，进行强抗干扰的高信噪探测。
除了近乎完美的日盲性，紫外探测器还具有极高辐射硬度、低暗电流和低噪声的特性。许多物质在紫外光照射下会发生荧光现象，通过分析物质产生的荧光光谱可以了解物质的成分和性质，因此紫外探测器可以应用于特殊的照明需求，如夜间显示、防伪和荧光材料激发等。此外，紫外光电二极管还广泛应用于紫外火焰探测、水质检测和气体污染物检测等诸多领域。
CMOS图像传感器
可见光波段的范围是 400 - 700 nm，可见光探测器一般选用硅作为吸收层，因此多为硅基探测器，主要有 PN 结型，PIN 型，APD 型探测器。其中图像传感器的像素多基于 PN 结型，单点探测器多基于 PIN 和 APD 结构。
目前主流的硅基的图像传感器主要包括 CMOS 图像传感器和电荷耦合器件 (Charge-Coupled Device,CCD)与 CMOS 图像传感器相比，在感光像素方面，CCD(基于MOS结构) 和 CMOS(基于PD) 有较大区别。
另外在像素读出方式上，相对于 CCD 以行为单位逐个移动传出的方式，CMOS 具有更好的并行处理能量和信号读出速度。尽管 CCD 具备像素填充因子更大和低噪声的优点，但 CMOS 工艺发展的成熟度、兼容性和集成度更高，另外 CMOS 的读出方式具有更高的设计灵活性，CMOS 图像传感器已经成为更为主流的技术并占据主导的市场地位。
| 特性参数 | CCD | CMOS |
| 噪声 | 低 | 中 |
| 功耗 | 高 | 低 |
| 速度 | 慢 | 快 |
| 填充因子 | 高 | 中 |
| 动态范围 | 大 | 中 |
| 工艺需求 | 特种工艺 | CMOS工艺 |
| 像素输出信号 | 电荷包 | 电压 |
| 像素隔离设计 | 不需要 | 需要 |
| 随机窗口读取能力 | 有限 | 任意局部画面 |
可调增益光电探测器
而目前高性能的光电探测器多围绕着高速，高灵敏度，低噪声和宽谱等目标进行优化和研发，Dimension-Labs 在原有光电探测器的基础上进行了拓展，新推出的光电探测器主要以空间光探测为主，并通过光纤耦合法兰转接件依然可以实现光纤输入探测的功能。
为满足更多客户的科研需求，我们新推出的光电探测器波长响应范围覆盖紫外到近红外 (320 - 2600 nm)，放大和平衡探测器均可选择固定增益和可调增益两种模式，具有多个安装孔位并可搭配笼式结构使用，电源采用 USB(TYPE-C) 接口，用户使用更加方便；其中平衡探测器包含两个高度匹配的光电二极管。这些光电二极管沿着抵消每个光电二极管的光电流的方向连接。这种差分处理抵消了两个入射光线的共模噪声，随后光水平的微小差被视为位移信号被转换为电信号并输出。此产品常被应用于眼科检查中的光学相干断层扫描 (OCT) 以及外差探测等领域。
红外制冷光电探测器
在红外探测领域，我们的铟砷锑 (InAsSb) 和碲镉汞 (HgCdTe) 红外探测器主要用于 MWIR 和 LWIR 区域 (2 - 12 um)，探测器与前置放大电路，半导体热电冷却器 (TEC)控制器高度集成，大幅减小了热噪声对输出信号的影响。其中制冷型探测器具有高响应度、高信噪比等性能优势，常用于军工，科研、高端民用等领域。非制冷型无需制冷装置，在室温状态下具有体积小、功耗小和成本低等优点，在民用领域应用广泛，如铁路轴温监测和大气气体检测等。在现有红外技术的基础上，红外光电探测器未来将会继续朝着非制冷、宽波段、高性能、微型化以及智能化方向发展。
全面的微弱光探测方案
光电探测器基于光电效应可以检测出可见/不可见的微弱光信号并完成光信号向电信号的转换，因工作原理和器件结构的不同，不同的探测器类型在性能和应用领域上也有所区别。针对于微弱光探测领域，一般需要该产品具有极高的灵敏度以实现对微弱光信号的精确探测。
上述介绍的各类探测器由于反馈电阻和放大器的输入噪声导致常规的放大光电探测器具有很复杂的噪声表现，因此一般不适用于探测极其微弱的光信号。现阶段微弱光信号的探测主要以下面几种器件为主：
- 光电倍增管(Photomultiplier Tube，PMT)
- 雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)
- 单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)
- 硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier，SiPM，又称为多光子像素计数器(Multi-Pixel Photon Counter，MPPC) ) 等。
雪崩光电二极管(APD) 在 PN 结加大反向电压后会产生雪崩现象，在低于击穿电压的偏置电压下工作可以对微弱光电流产生放大作用，常用来探测弱光信号，且不易受磁场的影响，具有较宽的动态范围。但 APD 工作电压较大时，噪声也会被放大，目前广泛应用于激光雷达领域。
在 APD 基础之上，反向偏置电压远高于击穿电压时，单光子雪崩二极管 (SPAD) 工作在盖革模式并具有单光子检测的能力，理论上增益可达到 APD 的 100 万倍以上，但系统成本与电路成本均较高，而硅光电倍增管 (SiPM) 由 APD 阵列组成，具有增益高、工作偏置电压低、抗温度干扰能力强、高度集成化的优势，如下表所示，每种探测器技术都有其优缺点，对于激光雷达应用，APD 是现行较为成熟的方案，而 SPAD/SiPM 是未来的发展趋势；
| 参数 | APD | SPAD | MPPC |
| 增益 | 10-100 | 10⁶ | 10⁶ |
| 准确性 | 高 | 高 | 高 |
| 距离范围 | 中 | 长 | 长 |
| 工作电压 | 100-300V | 30-60V | 30-60V |
| 响应时间 | 中 | 快 | 快 |
| 读取电路 | 复杂 | 复杂 | 简单 |
| 温度效应 | 高 | 中 | 中 |
| 抗干扰能力 | 强(散粒噪声) | 弱 | 中(暗计数) |
相对于其他微弱光探测器件，APD 的决定性优势在于其小巧紧凑的设计、可见至近红外的大测量范围以及高达 70% 的量子效率。特别选择的 Si APD也可以用作“盖革模式”（VR > VBR）中的光子计数器，其中单个光电子可以引起大约 10⁷ 个电荷载流子的雪崩脉冲。
APD 在雪崩状态下进行工作，一般情况需要 100 - 300 V 的偏压，可以获得几十倍到几百倍的增益，而 SPAD 是工作在盖革模式下，在几十伏的偏压下，就可以获得10⁶ 的增益。因此常被应用于生物发光、荧光光谱学和天文学，光电倍增管(PMT) 也广泛用于此类应用。
光电倍增管是一种能将微弱的光信号转换成电信号的光电转换器件，它能使进入的微弱光信号增强至原来的 10⁶～10⁸ 倍。常规的光电倍增管分为打拿极型和微通道板型，打拿极型光电倍增管根据光信号入射方式又被分为端窗型和侧窗型光电倍增管。
微通道板型光电倍增管(MCP-PMT) 主要由光电阴极、微通道板型倍增系统和阳极组成，其中倍增系统可包含单片或多片微通道板。当微弱光信号照射光电阴极后，激发出光电子，在近贴聚焦电场或经典聚焦电场的作用下，输运到微通道板进行电子倍增，最后经放大的电子信号被阳极接收，经过信号线输出，从而实现对单光子量级微弱光信号的探测。
在信噪比方面PMT是最适合进行极微弱光信号探测的器件，其次是MPPC、SPAD、APD和PD，同样在增益方面，PMT也领先于其他器件（PMT＞MPPC＞APD＞PD)，但PMT在测试过程中对磁场比较敏感，而硅光电倍增管（SiPM/MPPC）由于对磁场不敏感反而成为强磁场环境下微弱光探测的极佳选择，MPPC与PMT具有相近的增益和时间响应。
相比于PMT，MPPC可实现更高的量子效率、更低的工作电压、更强的抗磁干扰、耐强光损伤以及低成本控制；但其探测面积小、温度系数高、噪声大、光谱响应范围稍窄。目前在一些大面积、低噪声应用场合，PMT依然是首要选择。
综上，我们可以发现光电探测器系列产品种类多样，应用十分广泛，涉及工业检测、环境监测、航空航天以及通信医疗等诸多民用科研领域，而其中各类型产品相比各有优缺点，应用场景也有很大区别，因此根据自身应用选择合适的探测器相当重要。为了便于客户选购，Dimension-Labs 后续将为您提供光电探测器的选型指南，助力您快速找到最适合的那个“它”，感谢您的关注！
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