Es gibt viele Anwendungen, bei denen Licht in elektrische Signale umgewandelt wird, einschließlich faseroptischer Kommunikationssysteme. Eine Komponente, die dies kann, ist die Avalanche Photodiode (APD). Teilchen, die als Ladungsträger bezeichnet werden, dringen in die Diode ein und werden einem elektrischen Feld ausgesetzt. Bei einem Prozess, der Lawine genannt wird, werden Teilchen durch Kollisionen erzeugt, und ein Lichtteilchen namens Photon kann viele Elektronen erzeugen, um einen elektrischen Strom zu erzeugen. Optische Empfänger umfassen normalerweise eine Lawinenphotodiode sowie Photonenzähler und Entfernungsmesser, die in Autos, im Bauwesen und sogar bei der Jagd verwendet werden.
Avalanche-Photodioden werden üblicherweise aus kristallinen Silikonschichten zwischen zwei Elektroden aufgebaut. Ein elektrisches Feld löst den Prozess aus, wenn Licht in die Diode eintritt. Es gibt verschiedene Arten von APDs, die je nach Wellenlänge des einfallenden Lichts funktionieren können. Sind sie aus Silizium, beträgt der Spektralbereich typischerweise 300 bis 1,100 Nanometer, während eine Germanium-Lawinen-Photodiode oft für Lichtwellenlängen von 800 bis 1,600 Nanometer geeignet ist. Eine andere Version aus Indium, Gallium und Arsen kann mit 900 bis 1,700 Nanometer Wellenlänge arbeiten.
Eine Avalanche-Photodiode ist oft in verschiedenen Größen erhältlich. Größere Dioden können mehr Licht aufnehmen als kleinere und machen andere optische Komponenten überflüssig, die zusätzliche Kosten verursachen können. Die Verwendung kleinerer Sorten ist vorteilhaft, wenn der Platz für Halbleiterwafer begrenzt ist. Eine APD ist im Allgemeinen am besten geeignet, wenn die Lichtintensität relativ gering ist, aber die Erkennung mittlerer bis hoher Frequenzen erforderlich ist.
In einer Avalanche-Photodiode werden häufig Siliziumbauteile mit positiver und negativer elektrischer Ladung verwendet. Das Setup erzeugt normalerweise eine in Sperrrichtung vorgespannte Spannung, was bedeutet, dass die Spannung an einem Ende höher ist als am anderen. Die Durchschlagspannung ist der geringste Strom, der die Diode zum Leiten auslösen kann. Der Lawineneffekt kann anhalten, wenn die ladungstragenden Teilchen mit ausreichend hohen Geschwindigkeiten beschleunigen. Die Sperrvorspannung muss typischerweise höher als der Durchbruch sein; ist sie geringer, kann die Reibung dazu führen, dass sich die Partikel verlangsamen.
Die Übertragungskapazität eines optischen Systems hängt oft von der Art der verwendeten Lawinenphotodiode ab. Auch Entfernungsmesssysteme können profitieren, wie z. B. Geschwindigkeitsmesser für den Straßenverkehr für die Strafverfolgung sowie Entfernungsmesser, die von Jägern verwendet werden. Lawinenphotodioden sind oft Teil von Lasersensoren in Hafennavigationssystemen, Vermessungsgeräten oder in Maschinen, die die Nähe von Personen und Geräten erfassen müssen. Sie können auch Bestandteil von Gefahrenwarnsystemen für Autofahrer sein.