1、雪崩二极管
雪崩二极管主要分为Si基雪崩二极管，Ge雪崩二极管，InGaAs 雪崩二级 管。APD可以对初级光电流进行内部放大，以增加接收机的灵敏度。由于要实现电流放大作用，光生载流子需要穿过很高的电场，以获得很高的能量。光生载流子在其耗尽区（高场区）内的碰撞电离效应激发出新的电子-空穴对，新产生的载流子通过电场加速，导致更多的碰撞电离产生，从而获得光生电流的雪崩倍增。设计动机就是在光生电流尚未遇到后续电路的热噪声时已经在高电场的雪崩区中得到放大，因此有助于显著提高接收机灵敏度。在单光子探测中，APD工作在盖革模式，即加在APD两端的反向偏置电压略高于APD的雪崩电压。当单光子入射到APD的表面时，将在APD的吸收层激发出一个光生载流子，进而引起APD的自持雪崩放大过程。雪崩信号经外围电子线路提取，放大，整形后进入计数器，从而完成一次单光子探测。APD同PIN 光电二极管不同的是：在PIN的吸收区I层和
层之间，插入了薄薄的P型层，变为
的结构。
常用的APD结构包括拉通型APD和保护型APD。
拉通型雪崩二极管（RAPD）采用
构成了拉通型结构，
层为接近本征态的低掺杂区，而且很宽。当偏压加到一定程度后，耗尽区将被拉通到
层，一直抵达
层。保护环型硅雪崩光电二极管（GAPD）其雪崩增益与反向偏压间的非线性关系非常突出，所以具有很高的响应度的优点。要想得到足够大的增益，GAPD必须工作在接近击穿电压处，但击穿电压对温度的变化十分敏感，因此有了增益对温度变化很敏感的缺点。
2 APD倍增因子
当反向偏压接近击穿电压时，电流出现迅速增长，形成倍增，用M表示电流倍增的程度
是未倍增时的光电流，
是倍增后的光电流。若无倍增时和倍增时的总电流分别为
和
，则应扣除当时的暗电流
和
后才能求出M。当APD的方向击穿电压为
时，M是一个所加方向偏置电压的函数，即
式中，
为击穿电压；V为外加反向偏压，n为1~3，取决于半导体材料，掺杂分布以及辐射波长。当V增加到
时，M将趋近于无穷大，此时PN结将发生击穿。实际上，雪崩过程是统计过程，并不是每一个光子都经历了同样的放大，所以M只是一个统计平均值。APD的性能也由响应度来表征
设一种硅基APD在波长900nm的量子效率为0.65，假定0.5uw的光功率产生的倍增电流为10uA，试求倍增因子M。初级电流为
倍增因子M为
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