光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。
一文了解各类光电探测器各自的优点和劣势
主要是由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。
核心原理就是：通过把入射的光子转化成电子，在电子倍增电场作用下进行倍增放大，最后放大后的电子通过阳极收集后输出。通过AD转换器，信号可以通过示波器直接显示。
PMT的QE，定义为光电阴极发射的光电子与窗口上入射光子数量的比率，通常约为35%。PMT的响应时间在纳秒范围内，先进的PMT，将响应时间减少到皮秒范围, 并大大增加增益，同时允许2D图像被重构。这是以更高的电源电压为代价的,PMT的功率效率低于CMOS和CCD传感器，需要高压电源, 对磁场敏感，需要在操作前预热。
此外，由于它们的高敏感度，需要屏蔽暗盒才能正常稳定运行，从而增加了结构尺寸和工艺要求。而且，PMT的性能会随着时间的推移而衰减：一个典型的实验数据，MCP-PMT在工作几个月后，QE下降了16%。
对于非成像传感器，使用具有高增益的PMT，这使得它们能够检测微弱、转瞬即逝的荧光信号。对于许多商业流式细胞仪，PMT也用作传感器。但多参数测量一直是PMT的挑战，为了克服这一缺陷，可以单独打开多个激光器，在不使用滤波器或多个传感器的情况下改变激发和检测波长或者可以通过调制激光频率和使用分频复用的方式来使用单传感器操作。
上述两种设置在其光路中仅包括 PMT、激光器、光纤和微流体芯片，这是基于PMT的设置可实现的最少部件数量。下图是基于 PMT测量设备的常见检测设置。
特点：虽然PMT灵敏度高，成本低，但是相比CCD,其测光谱时需要一个点一个点的去扫谱，时间过长，采谱速度慢，受强光影响大，使用时需要注意保护管子，加压时也需要注意，维护麻烦一些。
主要应用：光子计数、弱光探测、化学发光、生物发光、极低能量射线探测、分光光度计、色度计 生化分析仪等设备中。
核心原理：光电二极管的P-N结上加上反向偏压后，射入的光被P-N结吸收后会形成光电流。加大反向偏压会产生“雪崩”现象，这样光电流会成倍增加,达到雪崩倍增状态。
和PMT的差异是放大信号信号的原理不太一样。APD因为其具备单光子探测能力，所以常被用于光子计数器应用。和高速计数卡结合可以实现弱信号的光子计数探测能力。激光测距仪· 共焦显微镜检查· 视频扫描成像仪· 高速分析仪器· 自由空间通信， 紫外线传感· 分布式温度传感器等等
而且APD相比PMT便宜一些，而且具有全固态结构，量子效率也高，也被广泛使用。
近年来，更通用且成本更低的雪崩光电二极管 (APD)，正在取代 PMT。光电二极管是直接将光子转换为电流的半导体器件。雪崩光电二极管(APD)与PMT的性能最接近。它们是具有内部光电流放大功能的高速和高灵敏度光电二极管。APD在物理上比PMT更为坚固，但仍需要几百V的工作电压，无法应用于便携式检测。
APD对环境温度很敏感，在一项研究中，当传感器温度从室温增加到80 °C 时，增益降低了15%。为了克服这个问题，带有内部温补电路的APD模块可能为有效，当二极管在击穿电压以上工作时，它处于盖革模式 (GM-APD)，在那里它可以检测到单光子水平的光。然而，由于雪崩过程，输出与入射光不成比例。为了克服这个问题，创建了多像素光子计数器 (MPPC) 或硅光电倍增管 (SiPM)。
在SiPM器件中，由并联的GM-APD二极管组成的微单元阵列对所有单元的信号求和。SiPM传感器的输出取决于电源电压。更大的电源电压提高了增益，但也增加了暗计数，和串扰。
SPAD，全称为Single Photon Avalanche Diode(单光子雪崩二极管)，是一种高灵敏度的光电 探测器Q件，能够在非常低的光照水平下检测单个光子。SPAD在工作时，当一个光子被探测器吸收后，能够触发一个雪崩效应，产生一个可以被检测到的电信号。
1.光电效应:当一个光子入射到SPAD上时，如果光子的能量足够，它能够在SPAD的耗尽区产生一个电子-空穴对。
2.雪崩倍增:耗尽区具有高电场强度，新产生的电子-空穴对在电场作用下获得能量，并与晶格原子碰撞，产生更多的电子-空穴对。
这个过程称为雪崩倍增效应，可以在极短的时间内产生大量的载流子。
3.击穿与触发:SPAD工作在高于雪崩击穿电压的反向偏压下。当光子引发雪崩效应时，如果反向偏压足够高，SPAD将进入盖革模式，此时的增益理论上是无穷大，即单个光子就能使SPAD产生饱和的光电流。
4.淬灭与恢复:雪崩一旦发生，SPAD需要迅速回到其原始状态以检测下一个光子。这个过程称为淬灭。通常，通过与一个大电阻串联来实现，雪崩电流流过这个电阻时，SPAD两端的电压降低，从而抑制雪崩。然后，通过电路使SPAD恢复到初始状态，以便再次检测光子。
SPAD具备高增益，是目前主流的APD的1万倍效率，高增益意味着高信噪比，信噪比是任何传感器最重要的指标，没有之一，提高信噪比的常用方法一是从发射端入手，再有就是从接收端入手，提高接收端效率，就是用SPAD。
SPAD可以检测到非常低的信号强度（低至单光子水平），并且可以确定单光子到达皮秒级的程度。
电荷耦合器件（charge-coupled device，CCD)是一种用于探测光的硅片，由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，实现存储和传递电荷信息的固态电子器件。
它由一组规则排列的金属-氧化物-半导体（ MOS）电容器阵列和输入、输出电路组成。电荷耦合器件用电荷量来表示不同状态的动态移位寄存器，比传统的底片更能敏感的探测到光的变化。
CCD被大量应用可能和相机上大量使用CCD有关系，为了从微流体通道捕获发射光谱，使用显微镜物镜或一组透镜以及滤光片和分色镜来过滤和聚焦发射光到传感器上。
在CCD传感器中，有一组偏置的P沟道金属氧化物半导体(PMOS)或N沟道金属氧化物半导体(NMOS)光电二极管，每个二极管都充当传感器的单个像素。当光子撞击偏置光电二极管时，光子会变成电荷。对于像素阵列，只有几个读出放大器，这是标准CCD技术在高通量液滴分析方面的最大缺点之一。每个传感器的放大器数量少限制了传感器的帧率。
此外，传感器的灵敏度仅限于电荷到电压的转换过程，如果数据获取速度更快，读出噪声会增加，因此，为了降低噪声不得不降低帧率，CCD的吞吐量是最缺乏的方面。
目前主要是科研级相机用的最多的还是CCD探测器，主要是信噪比好，灵敏度比CMOS更好一些，一些极弱光信号的成像和光谱分析，常见的还是CCD。
CCD芯片的种类有：全帧芯片，隔行转移，帧转移等。
其中科研相机全帧芯片和帧转移芯片用的最多，全帧芯片全靶面曝光，芯片在光照下始终曝光，需要快门阻挡每一帧，否则容易有拖尾现象。而帧转移芯片的优势是，利用像素间传输快的特点，在上一帧电荷转移出芯片的同时可以采集下一帧图像，可以不加快门工作。
CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体）的缩写。它是指制造大规模集成电路芯片用的一种技术或用这种技术制造出来的芯片，是电脑主板上的一块可读写的RAM芯片。
时至今日，CMOS在三个应用领域，呈现出迥然不同的外观特征：
一是用于计算机信息保存，CMOS作为可擦写芯片使用，在这个领域，用户通常不会关心CMOS的硬件问题，而只关心写在CMOS上的信息，也就是BIOS的设置问题，其中提到最多的就是系统故障时拿掉主板上的电池，进行CMOS放电操作，从而还原BIOS设置。
三是在数字影像领域，CMOS作为一种低成本的感光元件技术被发展出来，市面上常见的数码产品，其感光元件主要就是CCD或者CMOS，尤其是低端摄像头产品，而通常高端摄像头都是CCD感光元件。
CMOS 传感器是有源像素传感器，因为捕获的光子被光电二极管转换为电压，并在像素中放大，这种方式以损失检测面积和灵敏度为代价提高了检测速度。此外，该像素的填充因子（PFF）可以增加，微透镜可以使用。
与CCD传感器相比，CMOS传感器成本和功耗更低，并且工作电压也更低。因此，CMOS传感器更适合紧凑型或便携式应用。虽然 CCD 传感器具有更高的光灵敏度，但它们具有更快的转换特性，使其更适合高通量成像应用。可以通过外部过滤和聚焦或增加激发光强度来增加灵敏度。超过一定的液滴生成率或流速，就会发生运动模糊。这可以通过增加传感器的成像吞吐量（帧率）来补偿。然而，这会减少曝光时间并因此降低灵敏度，因此需要更灵敏的传感器。
由于结构，CCD的电路更改就更方便。而由于CMOS的过分集成，电路更改就不方便。特点：CMOS功耗小，噪声大，灵敏度差，但是速度快，同时成本也要比CCD便宜很多。
目前科研领域，弱光探测还是CCD为主。高速成像主要是CMOS.
最近几年，sCMOS科研级CMOS异军突起，采用了背照式CMOS芯片，提高量子效率，比传统CMOS响应更好一些，主要适合中间档需求，信号稍微比日常弱一些，用科研级CCD觉得价格高，或者觉得CCD帧速低。用普通的CMOS又无法获得很好的实验效果, 这些情况下都可以考虑sCMOS.
ICCD由像增强器与可见光CCD耦合而成，包括像增强器、CCD和中继耦合组件等几部分。
ICCD综合了像增强器和CCD两项技术优势，核心原理：ICCD利用像增强器，光子入射后经过光阴级转换成电子，电子通过微通道板MCP时，被在MCP外部的高压电场作用下，电子不断撞击进行倍增放大，最终放大后的电子信号经过光纤锥打到荧光屏上，重新转换成光子，光子再通过CCD芯片进行成像，从而实现信号的放大。
在EMCCD出现之前，都用ICCD来实现极弱光成像探测。同时ICCD可以控制曝光门控，实现ns甚至ps量级的曝光。
EMCCD 即电子倍增CCD，是探测领域内灵敏度极高的一种高端光电探测产品。
核心原理：EMCCD与普通的CCD探测器的主要区别在于其读出（转移）寄存器后又接续有一串“增益寄存器”，电子传输到增益寄存器中，寄存器中产生的电场其强度足以使电子在转移过程中产生“撞击离子化”效应，产生了新的电子，即所谓的倍增；每次转移的倍增倍率非常小，最多大约只有×1.01~×1.015倍，但是当如此过程重复相当多次，信号就会实现可观的增益—可达1000倍以上，从而实现信号的放大。
EMCCD具备单光子探测灵敏度，广泛用于天文领域，生命科学领域，单分子成像，荧光成像等方面。
1，ICCD的峰值量子效率不会超过50%；EMCCD采用ccd芯片，背照式峰值量子效率可高达90%以上。
2，ICCD的微通道板和荧光屏会降低空间分辨率；EMCCD空间分辨率只取决于像素大小，比ICCD分辨率高，适合于生命科学领域
3，ICCD的像增强器毕竟娇弱，强光容易损伤像增强管，需要注意保护。EMCCD没有这么严格的要求，尽量避免饱和即可。
4，ICCD像增强器和EMCCD都可以用于军事方面，都受进出口管制。
5，ICCD具有纳秒级的门宽实现高时间分辨，可以做瞬态寿命测试；EMCCD只能实现毫秒级时间分辨。
