当用光照射 pn 结时，价带中的电子有可能受激跃迁到导带。若光子能量超过材料的带隙能量，就会出现一个光子被吸收，进而产生一对能够导电的自由电子 - 空穴对的现象。光子能量由普朗克等式给出：，其中表示普朗克常数，为光速，是光的波长。所以，光波长必须小于阈值，才能激发载流子产生。
在 pn 结中产生自由电子 - 空穴对会使反向 “击穿” 特性向原点移动。当反向电压加在二极管上时，光激发的自由电子和空穴会被电源的相反极性吸收，从而产生连续电流。
需要注意的是，光电二极管的主要动作大部分发生在耗尽层。因为二极管其他区域的电场较小，载流子在离开此区域时可能会发生复合。所以，高效的光电二极管工作需要反偏电压和较大的耗尽层，这样可以增加载流子的收集效率，减少复合的可能性。
对于理想光电二极管，每个进入器件的光子都会产生一个自由电子 - 空穴对。但在实际情况中，某些光子会从表面反射或者被材料吸收产生热。因此，将光电二极管的 “量子效率” 定义为，产生的电子数除以使用的光子数（在给定的时间间隔），即，其中表示电子电量，分母表示光子数。的典型值在的范围。量子效率反映了光电二极管将光子转化为电子的能力，是衡量其性能的重要指标之一。
综上所述，光电二极管在光通信中具有不可替代的作用。深入理解其工作原理、响应度和效率等特性，对于优化光通信系统的设计和性能具有重要意义。
图 5：光电二极管原理示意图 4
图 6：光电二极管原理示意图 5
图 7：光电二极管原理示意图 6
图 8：光电二极管原理示意图 7
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