Un fotodiodo es un dispositivo semiconductor que convierte la luz en corriente eléctrica. Funciona según el principio del efecto fotovoltaico, donde la absorción de fotones (partículas de luz) genera pares electrón-hueco dentro del material semiconductor. Normalmente, un fotodiodo consta de una unión p-n con electrodos conectados a las regiones tipo p y tipo n. Cuando la luz con suficiente energía (longitud de onda) incide en el fotodiodo, excita electrones a través de la región de agotamiento de la unión, creando pares electrón-hueco. El flujo de corriente resultante es directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente. Los fotodiodos se utilizan comúnmente en aplicaciones como comunicación óptica, detección de luz, sistemas de imágenes e instrumentación óptica donde la detección y medición de niveles de luz son fundamentales.
El principio de funcionamiento de un fotodiodo se centra en su capacidad para convertir la energía luminosa en corriente eléctrica. Cuando los fotones inciden en la región de agotamiento de la unión p-n del fotodiodo, generan pares electrón-hueco excitando electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción. Este proceso crea un flujo de corriente que es directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente. En un fotodiodo con polarización inversa, el campo eléctrico interno acelera los portadores de carga generados (electrones y huecos) hacia los respectivos electrodos, lo que da como resultado una fotocorriente medible. Las características clave de los fotodiodos incluyen su capacidad de respuesta (eficiencia de convertir fotones en corriente), velocidad de respuesta, sensibilidad espectral y rendimiento de ruido, que son cruciales para sus diversas aplicaciones.
El principio de funcionamiento tanto de un LED (diodo emisor de luz) como de un fotodiodo gira en torno a su naturaleza semiconductora y su interacción con la luz, pero sus funciones difieren significativamente. Un LED emite luz cuando la corriente fluye a través de él en dirección directa, convirtiendo la energía eléctrica en fotones. Consiste en una unión p-n que emite luz a medida que los electrones y los huecos se recombinan a través de la unión. Por el contrario, un fotodiodo detecta la luz y la convierte en corriente eléctrica cuando los fotones inciden en su superficie. Ambos dispositivos utilizan materiales semiconductores y dependen del movimiento de los portadores de carga (electrones y huecos) dentro del material para lograr sus respectivas funciones: emisión de luz para LED y detección de luz para fotodiodos.
El principio básico de un fotodetector, incluidos los fotodiodos, es convertir señales ópticas (luz) en señales eléctricas. Los fotodetectores funcionan según el principio de generar una corriente o voltaje eléctrico en respuesta a la luz incidente. Este proceso generalmente involucra un material semiconductor que absorbe fotones y crea portadores de carga (electrones y huecos), que luego se recolectan para producir una señal eléctrica mensurable. Los fotodetectores son componentes esenciales en diversos sistemas y dispositivos ópticos, incluidas redes de comunicación óptica, sensores, sistemas de imágenes e instrumentos científicos, donde se requiere una detección y medición precisas de los niveles de luz.
El funcionamiento de un transductor de fotodiodo implica su doble funcionalidad como fotodetector y transductor. Como fotodetector, el fotodiodo convierte la luz incidente en una señal eléctrica (fotocorriente) en función de la intensidad de la luz incidente. Como transductor, convierte además esta señal eléctrica en otra forma de energía o información. Por ejemplo, en los sistemas de comunicación óptica, los transductores de fotodiodos convierten señales de luz moduladas (que transportan datos) en señales eléctricas que pueden procesarse y transmitirse más. En aplicaciones de detección, convierten las variaciones de luz en señales eléctricas con fines de seguimiento y control. La eficiencia y precisión de los transductores de fotodiodos dependen de factores como su capacidad de respuesta, velocidad de respuesta y características de ruido, que influyen en su rendimiento en aplicaciones específicas.