红外光电二极管：如何实现发射与接收

在物联网与智能设备蓬勃发展的今天，红外光电二极管作为光通信的核心组件，正以其卓越的性能推动着安防监控、工业自动化、医疗检测等领域的革新。洲光源红外半导体将深度解析红外光电二极管的工作机制、核心参数及前沿应用，揭示其如何通过精密的光电转换实现高效可靠的信号传输。

一、信号发射的技术本质：从电到光的精密转换

红外发射二极管（IRED）的核心是基于砷化镓（GaAs）等材料的 PN 结结构。当正向电压加载时，电子与空穴在 PN 结复合，释放出波长范围700nm-1550nm 的红外光子。这一过程的关键在于材料禁带宽度的精确控制，例如 940nm 波长的 IRED 采用 AlGaAs/GaAs 异质结结构，通过调整铝含量实现光谱的精准定位。

• 发射端：
  电源→正向电压加载→PN 结（GaAs/AlGaAs 材料）→电子 - 空穴复合→释放红外光子（700-1550nm）
• 传输路径：
  红外光（直线传播 / 透过介质）→窄带滤光片（滤除杂光）
• 接收端：
  光子入射→PIN 结（硅 / InGaAs 材料）→光生载流子（电子 - 空穴对）→反向偏压加速→形成光电流→信号放大电路→输出电信号

二、信号接收的技术突破：从光到电的精准捕捉

红外接收二极管（PD）的工作原理基于内光电效应。当红外光子入射到 PN 结时，价带电子吸收能量跃迁至导带，形成光生载流子。 PIN 光电二极管通过优化结深（<1μm）和电极设计，将暗电流控制在 10000pA 以下，同时在 960nm 波长处实现 0.52A/W 的高响应度。这种低噪声特性使其在医疗设备中表现优异，在实际应用场景通过增强红外灵敏度，可同时检测 530nm（绿光）、660nm（红光）和 940nm（红外）三个波段，满足可穿戴设备中血氧饱和度和心率的同步测量需求。