Een fotodiode detecteert licht op basis van het principe van het omzetten van fotonen (lichtdeeltjes) in elektrische stroom. Wanneer fotonen met voldoende energie het halfgeleidermateriaal van de fotodiode treffen, genereren ze elektron-gatparen binnen het uitputtingsgebied van het apparaat. Dit proces vindt plaats omdat de energie van de binnenkomende fotonen voldoende is om de covalente bindingen in het halfgeleiderrooster te verbreken, waardoor vrije elektronen en gaten ontstaan. Het elektrische veld binnen het uitputtingsgebied scheidt vervolgens deze ladingsdragers, wat resulteert in een fotostroom die evenredig is met de intensiteit van het invallende licht. Deze fotostroom kan worden versterkt en verwerkt om de aanwezigheid, intensiteit en kenmerken van het invallende licht te detecteren.
Fotodiodes zijn specifiek ontworpen om licht te detecteren door hun halfgeleidermateriaal en -structuur te optimaliseren. Ze bestaan doorgaans uit een pn-overgang of een PIN-overgang (p-type, intrinsiek, n-type) waarbij het intrinsieke gebied een efficiënte absorptie van fotonen mogelijk maakt. De materiaalsamenstelling wordt gekozen op basis van de golflengte van het te detecteren licht, waardoor een hoge kwantumefficiëntie wordt gegarandeerd: de verhouding van fotonen die worden omgezet in elektron-gatparen. De fotodiode bevindt zich meestal in een behuizing die externe interferentie minimaliseert en de gevoeligheid voor licht vergroot. In sommige gevallen worden antireflectiecoatings aangebracht om de lichtabsorptie te maximaliseren en de prestaties over specifieke golflengtebereiken te verbeteren.
Het principe van een fotodiodedetector draait om zijn vermogen om invallend licht om te zetten in een elektrisch signaal. Wanneer fotonen het actieve gebied van de fotodiode raken, genereren ze elektron-gatparen in het halfgeleidermateriaal. Het ingebouwde elektrische veld als gevolg van de omgekeerde voorspanning die over de fotodiode wordt aangelegd, versnelt deze ladingsdragers naar de respectieve elektroden, waardoor een fotostroom ontstaat. Deze stroom is recht evenredig met de intensiteit van het invallende licht, waardoor de fotodiode kan functioneren als een gevoelige detector voor verschillende optische signalen.
Een fotodiode detecteert optische signalen door lichtfotonen om te zetten in elektrische stroom. In optische communicatiesystemen worden bijvoorbeeld optische signalen die gegevens dragen ontvangen door een fotodiode. Het invallende licht moduleert de fotostroom in overeenstemming met het uitgezonden signaal. Het vermogen van de fotodiode om snel te reageren op veranderingen in de lichtintensiteit maakt het mogelijk optische signalen nauwkeurig te detecteren en te demoduleren, en deze om te zetten in elektrische signalen die verder kunnen worden verwerkt en via elektronische circuits kunnen worden verzonden.
Fotodiodes meten de lichtintensiteit door de fotostroom te kwantificeren die wordt gegenereerd als reactie op invallend licht. De intensiteit van de fotostroom is recht evenredig met de intensiteit van het invallende licht. Meestal is de fotodiode verbonden met een stroom-naar-spanning-omzettercircuit of transimpedantieversterker die de fotostroom omzet in een meetbaar spanningssignaal. Door de relatie tussen de fotostroom en de intensiteit van invallend licht te kalibreren, kunnen fotodiodes lichtniveaus nauwkeurig meten en kwantificeren voor een breed scala aan toepassingen, waaronder fotometrie, spectroscopie en optische detectie.
