Esistono molte applicazioni in cui la luce viene convertita in segnali elettrici, compresi i sistemi di comunicazione in fibra ottica. Un componente che può farlo è il fotodiodo da valanga (APD). Le particelle chiamate portatori di carica entrano nel diodo e sono esposte a un campo elettrico. In un processo chiamato valanga, le particelle vengono generate attraverso collisioni e una particella di luce chiamata fotone può generare molti elettroni per produrre una corrente elettrica. I ricevitori ottici di solito includono un fotodiodo da valanga, nonché contatori di fotoni e telemetri utilizzati nelle automobili, nelle costruzioni e persino nella caccia.
I fotodiodi a valanga sono generalmente costituiti da strati di silicone cristallino tra due elettrodi. Un campo elettrico attiva il processo quando la luce entra nel diodo. Esistono vari tipi di APD che possono funzionare in base alla lunghezza d’onda della luce che li penetra. Se sono fatti di silicio, l’intervallo spettrale è tipicamente da 300 a 1,100 nanometri, mentre un fotodiodo a valanga al germanio è spesso adatto per lunghezze d’onda della luce da 800 a 1,600 nanometri. Un’altra versione fatta di indio, gallio e arsenico può funzionare con lunghezze d’onda da 900 a 1,700 nanometri.
Un fotodiodo da valanga è spesso disponibile in una gamma di dimensioni. I diodi più grandi possono acquisire più luce rispetto a quelli più piccoli ed eliminare la necessità di altri componenti ottici che possono aggiungere spese. L’uso di varietà più piccole è vantaggioso quando lo spazio dei wafer semiconduttori è limitato. Un APD è generalmente più adatto quando l’intensità della luce è relativamente bassa, ma è necessaria la rilevazione delle frequenze medio-alte.
I componenti in silicio con cariche elettriche positive e negative sono spesso utilizzati in un fotodiodo a valanga. La configurazione in genere crea una tensione polarizzata inversa, che si riferisce alla tensione più alta a un’estremità rispetto all’altra. La tensione di rottura è la quantità minima di corrente che può attivare la conduzione del diodo. L’effetto valanga può continuare se le particelle portatrici di carica accelerano a velocità sufficientemente elevate. La tensione di polarizzazione inversa in genere deve essere superiore alla rottura; se è inferiore, l’attrito può causare il rallentamento delle particelle.
La capacità di trasmissione di un sistema ottico dipende spesso dal tipo di fotodiodo da valanga utilizzato. Anche i sistemi di misurazione della distanza possono trarre vantaggio, come gli autovelox per le forze dell’ordine, così come i telemetri utilizzati dai cacciatori. I fotodiodi da valanga fanno spesso parte dei sensori laser presenti nei sistemi di navigazione portuale, nelle apparecchiature di rilevamento o nelle macchine che devono rilevare la vicinanza di persone e attrezzature. Possono anche far parte dei sistemi di segnalazione di pericolo per i conducenti di automobili.