光电二极管篇1
高中《通用技术》课的《电子控制技术》教学中，要学习晶体三极管的工作原理。利用现在市场上制作节能台灯的发光二极管灯板，可以制作三极管电流放大原理示教板。示教板能从三极管3个极中串联的发光二极管灯的亮暗变化，很容易看到晶体三极管工作时电流大小的变化。
1晶体三极管电流放大原理示教板电原理图
晶体三极管电流放大原理示教板电原理图如图1所示。
2晶体三极管电流放大原理示教板的制作
材料：（1）长60cm、宽40cm、厚5cm广告泡沫板1块。
（2）电压3.6V发光二极管灯板2块。
（3）发光二极管1个。
（4）PNP型大功率三极管1只。
（5）9V电池1块，1.5V干电池2节。
（6）1N4007二极管2支。
（7）开关1个，200Ω电阻1只，4.7K电位器1只，电线1截。
把上面元件按图1所示用电烙铁上锡连接，用透明宽胶带固定在广告泡沫板上即可得到图2所示实物图。
3晶体三极管电流放大原理示教板的演示
3.1演示三极管处于截止区
开关K断开，三极管B极无电流，发光二极管全部不亮（三极管E极、B极无电流，三极管处于截止区）。
3.2演示三极管处于放大区
开关K接通，滑动4.7K电位器，三极管B极上串联的发光二极管亮度变化小，三极管E极、B极上串联的发光二极管亮度变化大（三极管B极电流有较小的变化，三极管E极、B极电流就有较大的变化，三极管处于放大区）。
3.3演示三极管处于饱合区
滑动4.7K电位器到一定值时，三极管E极、B极亮度无变化（三极管B极电流增大，而三极管E极、B极电流无变化，三极管处于饱合区）。
3.4演示模拟信号、数字信号
合上开关K，滑动4.7K电位器，三极管E极、B极上的二极管亮度可连续变化（模拟信号）。
光电二极管篇2
【关键词】反相高效液相色谱法柿蒂乌索酸齐墩果酸光电二极管阵列检测器
Abstract：ObjectiveTodevelopanHPLCmethodwithphotodiodearraydetector(PAD)forthedeterminationofursolicacidandoleanolicacidinDiospyroskakibyultrasowithnicwaveaidedmethod.MethodsTheseparationwasachievedonaKromasilC18column(4.6mm×250mm，5μm)at28℃usingmethanol-H2O-phosphoricacid(87∶13∶0.1，V/V)asthemobilephaseataflowrateof0.8ml·min-1，thedetectionwavelengthwas210nm.ResultsUrsolicacidshowedgoodrelationshipattherangeof0.359～5.744μg(r=0.999).Therecoverywas98.3%andRSDwas2.0%.Oleanolicacidshowedgoodrelationshipattherangeof0.174～2.784μg(r=0.999).Therecoverywas99.6%andRSDwas2.5%.ConclusionTheproposedmethodissimple，rapidandaccurate.ItcanbeusedtodeterminethecontentsofursolicacidandoleanolicacidinDiospyroskaki.
Keywords:HPLC;Diospyroskaki;Ursolicacid;Oleanolicacid;Photodiodearraydetector
柿蒂DiospyroskakiThunb.，别名为柿丁，为柿科植物柿的干燥花萼，主产于四川、广东、广西、福建等地。其味苦、性温，有降气止呃功能，常用于胃寒气滞的呃逆。临床治疗顽固性或术后呃逆，反流性胃炎等症［1］。《中国药典》2005版仅有柿蒂中没食子酸的薄层鉴别方法，而无含量测定项［2］。文献报道了高效液相色谱测定柿蒂中没食子酸［3］，金丝桃苷和齐墩果酸等［4］有效成分含量的方法，但同时测定柿蒂中乌索酸和齐墩果酸含量的文献至今未见报道。本文采用超声辅助提取，建立高效液相色谱法对柿蒂中的乌索酸与齐墩果酸的含量进行了测定，为柿蒂的质量评价及其有效成分的检测提供科学依据。
1材料与试剂
Waters高效液相色谱仪（515泵，2996光电二极管矩阵检测器，7725I进样阀，Empower中文色谱工作站），RO-MB-10D高纯水机(杭州永洁达膜分离设备厂)，CP225D分析天平（德国Sartorius公司），FW100型高速万能粉碎机(天津市泰斯特仪器有限公司)，202-26A型数显电热恒温干燥箱(上海阳光实验仪器有限公司)，KS-1500超声提取仪器(宁波科盛仪器厂)。
甲醇为色谱纯（色谱纯，上海陆忠试剂厂），水为高纯水，95%乙醇（分析纯，江西同盟试剂化工厂），乌索酸和齐墩果酸对照品（中国药品生物制品检定所，批号110742-200314，110709-200304，供含量测定用）。柿蒂购于药材市场，经鉴定为柿科植物柿的干燥花萼DiospyroskakiThunb.。
2方法与结果
2.1色谱条件
色谱柱为KromasilC18柱（4.6mm×250mm，5μm）；流动相为甲醇∶水∶磷酸（体积比87∶13∶0.1）；流速0.8ml·min-1；检测波长210nm；柱温为28℃。外标法定量分析，乌索酸和齐墩果酸理论塔板数大于13500，分离度分别为1.83和1.99，拖尾因子分别为1.01和1.04。对照品和样品色谱见图1。
2.2峰纯度分析
从光电二极管检测器采集的样品三维图谱中提取紫外光谱和不同波长的色谱进行对比，检测波长为210nm时色谱峰信噪比高，峰形对称，分离度达到色谱方法的定量要求［5］。采用Empower色谱软件适应性模块对此波长的色谱峰进行纯度分析，对照品和样品中乌索酸和齐墩果酸色谱峰的纯度角值均小于阈值，纯度角线均位于自动阈值线下方，证实色谱峰为单一组分吸收峰。乌索酸和齐墩果酸的色谱峰纯度分析见图2。
2.3溶液配制
2.3.1对照品溶液
分别精密称定乌索酸、齐墩果酸对照品3.59mg和1.74mg，置于10ml量瓶中，加甲醇溶解并稀释至刻度，摇匀，制成对照品混合溶液，备用。
2.3.2样品溶液
取于80℃干燥并粉碎过20目筛的柿蒂粉末约3g，分别置于50ml具塞锥形瓶中，用95％乙醇40ml超声提取90min，过滤，残渣用乙醇洗涤，合并滤液，定容至50ml量瓶中，摇匀，作为样品溶液。
2.4线性关系试验
分别精密吸取乌索酸和齐墩果酸对照品混合溶液中1，4，8，12，16μl进样分析，按色谱条件测定峰面积，以对照品进样量(μg)为横坐标，峰面积(μV·s)为纵坐标，进行线性拟合，得乌索酸线性回归方程为：Y=6.44×105X-5.83×104（r=0.999），齐墩果酸线性回归方程为：Y=7.54×105X-3.70×104(r=0.999)。表明当乌索酸进样量在0.359～5.744μg；齐墩果酸进样量在0.174～2.784μg时，线性关系良好。
2.5精密度实验
分别精密吸取乌索酸和齐墩果酸对照品混合溶液10μl进样，平行5次，测定峰面积。乌索酸和齐墩果酸峰面积RSD分别为0.2%(n=5)和0.6%(n=5)。表明进样方法和仪器精密度良好。
2.6重现性实验
取同批柿蒂样品5份，每份各约3g，按样品溶液制备方法制备样品溶液。精密吸取各样品溶液10μl，进样，测定乌索酸和齐墩果酸峰面积，外标法计算含量。乌索酸含量RSD为1.8%（n=5），齐墩果酸含量RSD为2.3%（n=5）。样品处理方法重现性良好。
2.7加样回收率实验
精密称取已知乌索酸和齐墩果酸含量的柿蒂叶样品6份，每份约3g，按高、中、低3种浓度分别加入乌索酸和齐墩果酸对照品适量，制备样品溶液，进样测定样品中乌索酸和齐墩果酸的含量。乌索酸平均加样回收率为98.3%，RSD为2.0%（n=6）；齐墩果酸平均回收率为99.6%，RSD为2.5%（n=6）。
2.8样品含量测定
精密吸取不同的柿蒂样品溶液10μl进样，平行3次，测定乌索酸和齐墩果酸峰面积积分值，外标法计算柿蒂样品中乌索酸和齐墩果酸的平均含量。结果见表1。表1柿蒂不同部位中乌索酸和齐墩果酸含量测定结果（略）
3讨论
测定结果表明，不同柿蒂样品中两种三萜酸成分的含量较高，为药材的主要活性成分。但乌索酸和齐墩果酸含量存在差异，且乌索酸含量均明显高于齐墩果酸，约为齐墩果酸的2.8～2.9倍，2组分含量的相对值基本稳定。
考察了KromasilC18（4.6mm×250mm，5μm）、NucleodurC18（4.6mm×250mm，5μm）和Nova-PakC18（3.9mm×300mm，4μm）3种色谱柱对同分异构体乌索酸和齐墩果酸的分离效果，结果显示不同型号色谱柱对乌索酸和齐墩果酸的分离度有较大的影响，Kromasil柱的分离效果最佳，乌索酸和齐墩果酸达基线分离，分离度为1.9，符合色谱定量分析的要求。
采用反相高效液相色谱法测定柿蒂中的乌索酸和齐墩果酸的含量，样品处理简单，无其它杂质的干扰，可同时检测待测组分的峰纯度和紫外吸收特征光谱，增强了色谱的定性能力，方法简便、快速，分离效果好，数据准确可靠。
【参考文献】
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光电二极管篇3
【关键词】三结砷化镓电池组件暗特性热斑效应旁路二极管
1引言
光伏电池具有与二极管一样的PN结结构，因而存在反向电压击穿和雪崩击穿。目前空间应用的太阳电池模型没有适合的三结砷化镓太阳电池暗特性模型。目前针对暗特性的模型主要有Hartman模型、Lopez模型、Pineda模型和Bishop模型。
本文采用Bishop建模方法在Matlab中建立了三结太阳电池的暗特性电路模型，与实验结果相比，证明了仿真模型的准确性、有效性。利用该仿真模型，本文定性分析了模型中各个参数对光伏电池特性的影响；并利用反向特性，分析了三结光伏电池组件热斑效应形成原因、形成条件以及旁路二极管对热斑效应的抑制作用，并对不同旁路二极管的结构进行了理论分析；此外对实际的部分组件遮挡进行了仿真分析。
2Ga0.5In0.5p/GaAs/Ge太阳电池等效电路模型
光伏阵列是将太阳能转换成电能的器件，其输出的I-V特性强烈地随日照强度S和太阳能电池阵列表面温度T而变化，其三结砷化镓太阳电池等效电路如图1所示，元件串联电阻RS、并联电阻RSh、隧穿电阻Rt。由于器件瞬时响应时间与光伏系统的时间常数忽略不计，因此结电容Cj在光伏阵列的理论中加以忽略。
通过以上的分析知道太阳能电池阵列作为能量来源时既不是恒流源也不是恒压源，它的工作区间由负载来确定。另外太阳能电池阵列输出功率由光照强度及温度来决定。期望在给航天器蓄电池充电时采用快速充电的控制策略，尤其是航天器刚从阴影区运动到日照区时。这一节将建立太阳能电池阵列的Simulink仿真模型，以便对太阳能电池阵列最大功率快速充电算法仿真时当作太阳能电池阵列。仿真时输入的温度为90℃、输入的日光强度135.3mW/cm2。太阳能电池阵列的Simulink仿真模型是针对太阳能电池阵列的两个变动输入量，太阳的辐射强度及太阳能电池阵列的表面温度。这两个变量在本反正中作为一个定成两给出，如若在日后的工作中要求这两个变量变化已可以实现。太阳能电池阵列的输出电压作为本仿真模型的输出量，输出量的限幅作用是为了保证仿真的可工作性，电流的限幅也是这个道理。
3实验分析
旁路二极管拓扑结构是无重叠方式。对无重叠方式并联了旁路二极管的光伏阵列遮挡情况进行仿真。
部分遮挡情况下平台太阳电池阵列仿真：
仿真结果如图2所示。图3给出了无旁路二极管情况下的U-P仿真图形。
根据图2及图3可以看到，由于内部集成了旁路二极管，光伏电池的两端不会出现大的反偏电压。正常情况下二极管反向偏置，不导通，也不产生功率损耗。当光伏电池被遮挡短路电流小于所要通过的电流时，二极管导通，光伏电池两端的电压被二极管嵌位，保护了被遮挡的电池，使其不会承受过大的反向电压和过大的功率损耗。同时，遮挡情况下光伏阵列出现了功率失配的现象，光伏阵列U-P图出现了多波峰的复杂情况，对最大功率点追踪等控制算法提出了更高的要求。
4结论
本文在Matlab仿真平台上实现了高效三结砷化镓太阳电池暗特性模型，通过仿真验证了模型的有效性。定性分析了光照强度、温度以及模型中各个参数对光伏组件的暗电流特性。利用暗特性模型，分析得出了当光伏电池短路电流小于流经电池的电流时就会产生太阳电池热斑效应的结论。并联旁路二极管能有效的抑制太阳电池的热斑效应，减轻热斑效应的危害。通过对有无旁路二极管的太阳电池部分遮挡仿真分析，证明了旁路二极管的存在能有效的减少热斑效应，提高整个太阳电池组件的最大功率输出。
参考文献
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作者简介
苗狄（1980-），男，黑龙江省哈尔滨市人。博士学位，现为深圳职业技术学院讲师。研究方向为新能源功率变换、微电网等。
光电二极管篇4
关键词:液晶模组;肖特基二极管;齐纳二极管;发光二极管
中图分类号:TN111文献标识码:B
AnalysisofDiodesintheLCDModuleProducts
QIAOYuan-kun
(BOE(Hebei)MobileDisplayTechnologyCo.,Ltd.,Gu'anHebei065500,China)
Abstract:TheLCDmodulesuseavarietyofdiode.Inthispaper,throughanalysisofthecharacteristicsofSchottkydiodes,aswellastheICexternalcircuitanalysis.DiscussedtheuseoftheSchottkydiodeinliquidcrystaltheory.ThearticlediscussedtheZenerdiode,aswellaswiththeuseofLEDsintheLCDmoduleanditstypicalapplications.Finally,analyzedifferenteffectoflight-emittingdiodepackagemoduleinliquidcrystaldisplay.
Keywords:LCDmodule;schottkybarrierdiode;zenerdiodes;lightemittingdiode
引言
二极管在液晶模组中有着广泛的应用,从集成芯片电路到背光源结构中,二极管成为液晶模组使用器件的主要组成。同时,涉及到二极管的种类和特性也各有不同,本文着重就液晶模组中使用的各类二极管的特性及典型应用展开阐述。
1肖特基二极管使用
1.1肖特基二极管特性及使用
肖特基二极管是液晶模组产品中使用很广泛的一种二极管,这种器件多出现于IC的电路中,数量及使用位置多依据ICSPEC中的要求进行使用,多在VGH与DDVDH之间以及VCI到DDVDH、GND到VGL之间,如图1所示。
肖特基(Schottky)二极管又称肖特基势垒二极管(简称SBD),它属于一种低功耗、超高速半导体器件。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的,而是利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的。因此,SBD的最大特点是正向压降VF比较小,且反向恢复时间极短,在我们模组产品的使用中也正是利用了它这两个显著特点。如图2所示。
1.2IC升压结构与寄生可控硅
在通常的IC使用中,电源部分升压结构处由于IC内部的设计及线路分布原因,在这部分产生两处互相耦合的寄生三极管结构,而这部分寄生结构恰好可以等效为一处可控硅结构,通常情况下这部分寄生的可控硅结构对IC及产品并不会产生负面影响,但一旦当升压电路中的VGH低于DDVDH的电压超过一定时间时,也就是有足够的时间以及外界电压刺激下,即可以使本不应该存在的寄生电路结构开启并工作,进而影响产品的正常工作。同时,我们知道,VGH是由DDVDH在IC内部升压得到的,那么也就存在特定的时段会使VGH低于DDVDH的电压,如图3、4所示。
1.3肖特基二极管的选用
因此,基于以上的考量,在IC电路的设计中添加了肖特基二极管的使用。使用肖特基二极管在VGH与DDVDH之间,当VGH一旦低于DDVDH时,由于肖特基二极管的正向导通电压十分低,因此可以迅速打开拉高VGH电压,同时当VGH高于DDVDH时,肖特基二极管工作在反向电压下,而此时若出现VGH电压下降,由于肖特基二极管反向恢复时间极短,这就从电压及时间两方面保证了寄生可控硅结构不会激发工作,并保证了产品的正常使用。因此肖特基二极管在液晶模组中的使用保证了IC内部寄生结构不会破坏液晶模组产品的正常使用。
2齐纳二极管使用
2.1齐纳二极管的特性及使用
齐纳二极管(zenerdiodes),又叫稳压二极管,应用在产品背光源中,此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。因此,利用齐纳二极管的这种特性,它多被应用于稳压以及静电防治的场合中。如图5所示。
2.2齐纳二极管在产品中的应用
如图6所示,在液晶模组中,齐纳二极管应用在背光源产品中正是利用了齐纳二极管的稳压及静电防治作用。在液晶模组的背光中,齐纳二极管被反向并联在发光二极管(LED)两端,这样的连接方式使齐纳二极管起到了静电泄放作用。即当发光二极管芯片两个电极之间受到一个感应或者传导,积累到一定程度后,这个反向(一定是反向的)的能量就能在LED两个电极之间迅速将LED芯片的两个电极层之间最近(电阻最低的路径)的路径烧熔LED,这个瞬间温度达到1,400度以上,将发光二极管击穿,但仅仅留下一个或者几个很微小的小孔,在高倍放大镜下能看到这些小孔(像雪花状),这就是LED被静电击损的原理。而应用齐纳二极管后的LED封装中,可以有效地起到静电泄放作用,避免传导或感应电荷的积累,可以有效地避免上述静电击穿现象的发生。
3发光二极管
3.1发光二极管特性及使用
发光二极管简称为LED。在中小尺寸液晶模组产品中,LED是背光源的重要组成部件,并且由于其良好的光学特性,在大尺寸产品中正不断得到广泛的应用。LED是由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。如图7所示。
3.2发光二极管在LED封装中的使用
在液晶显示模组中,背光源所需要的光源为白光光源,是复合光。而从发光二极管的发光原理可知,LED产生的光源为单色光,而要产生液晶模组所需要的复合白光,常用的方法是使用单色光与荧光粉复合激发产生复合白光,另一种方案是使用多种单色LED混色产生白光。而单色LED使用最为广泛的就是蓝光LED芯片加黄色荧光粉,进而激发出复合白光。这种方式因其原理简单以及所产生的复合白光最为稳定,因而在背光源的LED应用中最为普遍。这种方式也称之为白光LED。如图8所示。
但是白光LED的问题是其光谱不利于光学还原,因为白光LED其实是蓝光LED在上面加上一层黄色磷质所形成的。因此其光谱有两个峰值,一个在蓝色而另一个在黄色,如图9所示。
而当使用红绿蓝三颗LED封装来产生LCD显示单元的复合白光时,也就是通常所说的RGBLED,颜色的复制范围可以提升到覆盖100%的NTSC色域(LCD显示器的色域,即可复制的颜色范围会取决于背光源的放射光谱及颜色过滤器的透射光谱),这使得颜色更加光亮、画质更高。而这种多颗LED芯片封装方式的缺点是,多颗LED灯损耗寿命的不同将会导致液晶模组整体的色彩随时间发生偏移,影响显示效果。
4结论
二极管在消费类电子产品中有着广泛的应用,在液晶模组中同样使用着各种类型、各种功用的二极管器件,对各种器件的特性及使用原理的熟悉掌握,在理解改善液晶模组的特性以及创造更佳显示效果方面有着积极重要的作用。
参考文献
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光电二极管篇5
关键词：发光二极管；人体导电；交流电；感应电流
中图分类号：G633.7
文献标识码：A
文章编号：1003-6148（2013）4（S）-0057-1
发光二极管由于其具有在低电压下就能发光，而且亮度较大、省电等特点，在现代科技中广泛运用。其一般压降为1.5～2.0V，工作电流一般为10～20mA，且具有单向导电性，因此笔者在教学过程中将之充分运用，解决了一部分平常实验难以达到效果的问题。
应用1在九年级下册教材中提到安全用电时。课本介绍人不可以用潮湿的手接触电源开关。但这个问题似乎不可能用实验的方法来解决。笔者设计了如下实验过程用来证明人手在潮湿的条件下更容易导电。
制作材料
纽扣电池三块。发光二极管一只。导线
制作图示
实验过程
当用一只干燥的手同时接触触点AB时，发光二极管不亮。说明此时手导电性不强：当将手润湿后再次同时接触触点AB时。发现发光二极管开始发光，说明当人手潮湿后更容易导电。
应用2在九年级下册课本中提出：我国家庭用电都是利用的交流电，变化周期为0.02秒，学生对交流电的理解不是很深刻，不能直观地去了解交流电究竟是什么样的电，对电流方向的改变表示怀疑，于是笔者在实验室交流发电机模型的基础上做了改进，使学生很容易直观地去了解电流的变化情况。
制作材料
交流发电机，发光二极管两只，导线
制作过程
将两个发光二极管并联（正负极方向相反）连接在交流发电机的两个电极上。
实验过程：当我们摇动发电机时发现两个发光二极管在交替发光，说明交流发电机发出的是交流电。
说明
在演示交流发电机发出的电流方向改变的实验中，由于发光二极管需要较低的电压。所以在制作过程中可以串联一只滑动变阻器，并且摇动发电机的速度要较慢。
应用3演示切割磁感应线产生电流。在九年级下册课本中提出闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感应线可以产生感应电流，虽然在实验条件好的学校可以用示波器演示。但是学生很难体会自己动手的乐趣。笔者讲解在此部分内容时，做了如下改进。
制作材料
电动机模型，发光二极管，导线
光电二极管篇6
关键词：单光子探测；空间激光通信；雪崩二极管；后脉冲概率
中图分类号：O572文献标识码：A文章编号1672-3791（2017）01（a）-0000-00
激光测距由于其具备精准、快速的特点，并随着光电技术的持续进步，已在工业控制、军事遥感以及空间光通信等多领域发挥着重要的作用。其中，除了传统的脉冲测距技术外，一些新的测距方案不断地被提出，如基于光子计数系统的单光子探测技术，通过提高对单个光子信号的探测效率及抑制噪声的方式从而提高系统的测距精度。在单光子测距中，单光子探测器的时间抖动和激光脉冲宽度决定了测距系统的精度。近年来，大功率皮秒激光器发展迅速，因此单光子探测器的时间抖动成为影响单光子测距系统分辨精度的主要问题。而采用InGaAs材料做吸收层、InP材料做倍增层，可以实现近红外波段光子信号的探测，基于InGaAs/InPAPD的单光子探测技术发展成为当前最实用的近红外单光子探测器[1]。
1单光子雪崩二极管的理论模型
雪崩光电二极管主要是利用器件中的载流子碰撞电离而引发雪崩效应来实现对光子的探测，如图1所示二极管的原理示意图。当其工作在击穿电压以下时会发生载流子的碰撞电离，但这一碰撞电离还不足以引发雪崩效应，此时器件的输出电流与入射光子数成线性比例，这时候称之为线性模式。当单光子雪崩二极管的反向偏置电压高于雪崩击穿电压时，耗尽区中的单个载流子就会产生连锁的碰撞电离反应，从而引发雪崩效应，此时称之为盖格模式。
单光子雪崩二极管器件的原理主要是载流子的碰撞电离，在这里我采用最基本的--器件来对碰撞电离加以说明，如图2所示。--器件工作在反向偏置电压下，其空间电荷主要集中在区，厚度为，区材料的电子和空穴的碰撞电离系数分别为和（碰撞电离系数与空间电荷区电场强度相关，其表示在单位距离上发生碰撞电离的次数）。考虑在空间电荷区处因光吸收或热效应产生一电子空穴对，在电场的作用下，电子和空穴分别向相反方向漂移。在经过的距离后，电子和空穴分别产生和次的碰撞电离，这些碰撞电离产生的载流子在电场的作用下运动一段距离获得足够能量又能产生新的碰撞电离，该过程不断重复，直至电子和空穴漂移出空间电荷区。我们用来表示区处的一个电子空穴对所引发的平均碰撞电离次数，那么有[2]：
2InGaAs/InPAPD的种类与性能指标
目前针对InGaAs/InPAPD主要有三种雪崩抑制模式：被动抑制、主动抑制和门控探测。被动抑制增大了雪崩光电二极管的死时间，严重减小了探测器的最大计数率，而主动抑制则因为抑制电路过于复杂，信号级联容易发生发射，门控探测模式目前在单光子探测中应用最为广泛。门控探测模式可以有效减小后脉冲，同时暗噪声计数也能大大减少[3]，而缺点就在于需要抑制雪崩产生的尖峰噪声并提取微弱的雪崩信号。
2.1放电脉冲甄别技术
当门控脉冲信号驱动雪崩光电二极管时，由于阻抗不匹配，在没有发生雪崩效应时，门控信号响应则输出充放电正负脉冲的尖峰噪声。在有光生雪崩时，由于门控开启时刻没有雪崩，从而导致产生充电正脉冲，当雪崩电流出现后，此时二极管相当于低阻抗电阻，因此通过探测有无放电负脉冲，即可以判断二极管究竟是电容还是电阻，没有甄别到放电负脉冲时表示有光生雪崩信号，从而实现雪崩信号的鉴别和提取[4]。
2.2正弦门滤波技术
2006年，日本的研究人员首先提出了正弦波门控滤波探测技术[5]，利用正弦波作为门控信号与控制直流偏置电压加载到单光子雪崩二极管上，当到达正弦波波峰时，偏置电压在雪崩点之上，此时会有光子信号入射形成光生雪崩，S后到达正弦门控信号的波谷时雪崩被抑制，因为此时偏置电压在雪崩点以下。由于结电容对正弦门控信号的非线性响应，会导致充放电噪声和高次谐波噪声也一起输出，所以此方案采用相应的带阻滤波器客去除相应频谱的尖峰噪声从而提取雪崩信号，其中带阻滤波对门控基频信号的抑制比可达100dB，再经高增益放大器放大输出，即可轻易的甄别出雪崩信号。该方案实现了当门控频率为800MHz，探测效率为8.5%时，后脉冲概率为6.0%，暗记数为/门。
2.3双APD平衡技术
A.Tomita等人利用两个性能参数完全相同的雪崩二极管，并把这两个二极管进行并联，提出了基于平衡门控的单光子探测器的方法，其原理如图3所示。两个完全相同的SPAD由两路相同的门控电路驱动，输出产生形状相同的尖峰噪声[6]，两个二极管的输出信号通过一个180?的混合接口并经过自差分运算相减，继而消除掉尖峰噪声。当两个SPAD中的一个产生了雪崩效应时，输出端就会相应的输出正或负的雪崩信号。鉴别器将雪崩信号进行幅度鉴别后，交由计数器计数。这种抑制尖峰噪声的方案，能够有效地提取雪崩信号，噪声抑制比可达26dB以上。但是，该方案的关键在于几乎很难找到两个完全相同的单光子雪崩二极管器件，与此同时还要精确控制光子到达时间，使得该方案实施起来尤为困难。
2.4电容补偿平衡
用与单光子雪崩二极管电学特性类似的二极管替换双APD平衡方案的一个APD，工作原理如图4所示[7]。一个雪崩光电二极管与一个普通二极管并联，门控脉冲信号经二极管结电容后，产生与雪崩响应基本一致的尖峰噪声，随后分别接入魔T差分电路，共模尖峰噪声因此相互抵消，但是实际中与雪崩二极管结电容完全匹配的二极管几乎很难找到，因此尖峰噪声抑制～18dB。
2.5自差分平衡探y技术
英国剑桥实验室和东芝研宄小组提出了自差分平衡探测技术，原理如图5所示，门控脉冲驱动雪崩光电二极管，响应输出信号进入由功分器和差分器组成的自差分电路，其中功分器将二极管响应信号分成幅度相等的两路信号，其中两路电缆线长度不同，使得一路信号经过电缆线相对另一路延迟了一个门控周期，两路信号进入差分器相减后合成输出，即可完全抵消尖峰噪声，可达21dB以上的噪声抑制比，从而有效提取出微弱的雪崩信号。由于一分二的两路信号是完全相同的，采用自差分平衡方案提取雪崩信号，比其它平衡方案获得更高的噪声抑制比，极微弱的雪崩信号可通过降低雪崩阈值电平即可甄别出来，也就是说在低增益条件下即可获得高探测效率，同时有效减小后脉冲[8]。
2.6光平衡探测技术
光平衡的探测方案，是基于光学方法的自差分方案，不仅避免的电路中的固有延迟及损耗，而且通过光学的方法还可以持续的调整门重频。其基本工作原理如图6所示，光生雪崩产生后，雪崩信号被淹埋在门控瞬态响应的尖峰噪声中，响应输出的雪崩信号和尖峰噪声经放大后驱动1550nm的激光二极管，由于激光二极管响应带宽足够高确保APD响应输出信号转换为光脉冲信号，光脉冲进入了一个由掺铒光纤放大、内置滤波和偏振分束器组成的，类似于魔T差分电路的一个光路，而其中一路延时一个门控周期，最后经普通的光电二极管探测后差分输出，实现了雪崩信号的甄别提取[9]。光平衡探测技术实现了31dB的噪声抑制比，使雪崩二极管工作在亚饱和增益区域，从而实现单个雪崩二极管光子数可分辨探测，此外，光平衡技术相比电学自差分平衡，不仅输出稳定，频率可持续调整，而且不受磁场干扰。
3结束语
我们已经阐述了单光子雪崩二极管在门控探测下，需要超窄的门脉冲宽度才能降低暗计数和后脉冲效应，目前的研究人员主要通过抑制充放电噪声和通过基于差分平衡，进而提取微弱的雪崩信号。这些措施一方面提高探测效率，并且将时钟频率提高到GHz量级。另一方面，高噪声抑制比可使二极管工作于亚饱和状态，从而实现光子数的分辨探测。从实用的角度考虑，单光子雪崩二极管仍然是今后空间激光通信中最为合适的单光子探测器件，因此随着门控频率的进一步提高和采用更高性能的单光子探测器，可进一步拓展该技术的优势，并应用到空间激光探测与通信系统中。
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