光探測器如何選擇？PMT、MPPC、APD、PD性能對比

圖1 4款光電探測器展示

PMT：光電倍增管（Photomultiplier Tube），屬于真空電子器件。

工作原理：光陰極面受到光照后由于光電效應釋放出光電子，產生的電子進入倍增級中，實現連續的倍增，進而實現電子的放大，最后通過陽極輸出電流信號。

圖2 PMT工作原理

工作原理：APD的光電流和PD的光電流產生機制相同，通過給PN結施加反向電壓，光生載流子碰撞晶格，發生電離，產生新的電子空穴對，類似于“雪崩”效應（即光電流成倍地激增的現象）。雪崩倍增效應使得APD具有高的靈敏度，可以探測微弱的光。

圖4 APD工作原理

工作原理：MPPC是一種由多個工作在蓋革模式的APD組成的光子計數型器件，在蓋革模式下，APD的反向電壓高于擊穿電壓。即使輸入光極弱，也會出現輸出飽和（蓋革放電）。為停止蓋革放電并探測下一個光子，需要降低APD外部電路的工作電壓。通過APD串聯淬滅電阻的方式可以終止APD的蓋革放電，從而快速停止APD中的雪崩倍增，實現微弱光信號的探測和放大。

圖5 MPPC工作原理

4款探測器參數對比

接下來通過對光靈敏度、增益、噪聲特性、響應速度、工作電壓、探測面積等參數性能對比分析，幫助大家進一步做好探測器的選型。

光靈敏度是指光電探測器對光信號的感知能力，其中PMT和MPPC均能夠實現對單個光子的探測。

圖6 光靈敏度對比

增益是指光電探測器將光信號轉換為電信號后，對電子信號的放大能力。PMT是通過連續的倍增級實現的電子放大。

光電探測器的響應速度通常用上升時間或者截止頻率來描述。

工作電壓是指光電探測器在工作時所需要的工作電壓。

光電探測器的探測面積也是影響探測效率的主要因素，其中如果對比單個光電探測器的面積大小。

暗噪聲是指光電探測器在沒有光入射時，由于器件本身的原因導致的電流輸出。

除了以上的性能對比，還有其他的參數對比，可以參考下表。