Un fotodetector funciona convirtiendo la luz incidente en una señal eléctrica. Detecta fotones (partículas de luz) y genera la corriente o voltaje eléctrico correspondiente. Los tipos más comunes de fotodetectores incluyen fotodiodos, fototransistores y tubos fotomultiplicadores, cada uno de los cuales funciona con principios similares pero con diferentes niveles de sensibilidad y características específicas de la aplicación. La señal de salida de un fotodetector se puede utilizar para diversos fines, como detectar la intensidad de la luz, comunicación, obtención de imágenes o medición en aplicaciones científicas e industriales.
El principio de funcionamiento de un fotodetector gira en torno al efecto fotoeléctrico, donde los fotones de luz interactúan con el material semiconductor dentro del detector. Cuando los fotones chocan contra el detector, transfieren su energía a los electrones dentro del material, lo que hace que los electrones se muevan y generen una corriente eléctrica. Esta corriente es proporcional a la intensidad de la luz incidente, lo que permite al fotodetector medir con precisión los niveles de luz o detectar la presencia de luz.
Un fotodiodo es un tipo específico de fotodetector que funciona según el mismo principio que un diodo normal, pero está diseñado para ser sensible a la luz. Consiste en una estructura semiconductora de unión PN que genera una corriente cuando se expone a la luz. Cuando los fotones con suficiente energía golpean la región de agotamiento del fotodiodo, crean pares electrón-hueco, que luego son separados por el campo eléctrico dentro del diodo, lo que da como resultado una fotocorriente. Esta fotocorriente es directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente.
Los mecanismos de fotodetección varían según el tipo de fotodetector. En los fotodiodos y fototransistores, la fotodetección se produce mediante la absorción de fotones, lo que crea pares electrón-hueco que contribuyen a la corriente eléctrica. Los tubos fotomultiplicadores, por otro lado, utilizan una cascada de etapas de multiplicación de electrones para detectar niveles muy bajos de luz, lo que los convierte en detectores muy sensibles para aplicaciones que requieren una sensibilidad extrema.
Los términos «fotodiodo» y «fotodetector» se utilizan a menudo indistintamente, pero existe una sutil diferencia. Un fotodiodo se refiere específicamente a un dispositivo semiconductor que convierte la luz en una corriente eléctrica, generalmente a través del efecto fotoeléctrico dentro de una unión PN. Por el contrario, un fotodetector es un término más amplio que abarca varios dispositivos que detectan luz, incluidos fotodiodos, fototransistores, tubos fotomultiplicadores y otros detectores especializados utilizados en diferentes aplicaciones.
Las propiedades de un fotodetector incluyen sensibilidad, velocidad de respuesta, rango espectral (sensibilidad a la longitud de onda), linealidad (respuesta de salida proporcional a la luz de entrada), nivel de ruido (señales eléctricas no deseadas) y rango dinámico (rango de intensidades de luz que puede detectar con precisión). Estas propiedades determinan la idoneidad de un fotodetector para aplicaciones específicas. Por ejemplo, los fotodiodos son conocidos por sus rápidos tiempos de respuesta y su amplio rango dinámico, lo que los hace adecuados para comunicaciones de alta velocidad y aplicaciones de medición de precisión, mientras que los tubos fotomultiplicadores destacan en la detección de niveles de luz muy bajos con alta sensibilidad.