定义
光电探测器，可以检测一维或二维光斑的位置。
位置敏感探测器是光电探测器，人们可以用它测量一维或二维光斑的位置，通常速度相对较高。 上述光斑通常是由激光束撞击探测器引起的。 例如，人们可以精确地测量这种光束的小反射。 这种探测器可用于监控光束对准（激光光斑跟踪器）和（在反馈系统中）稳定激光束的位置（自动对准器）。 另一个应用是通过三角测量来测量距离。
位置敏感探测器可以基于不同的工作原理，如下所述。 此类器件可作为单独的光电元件（例如象限光电二极管）提供，也可作为具有附加电子设备、外壳和安装座等的完整器件。 大多数器件基于光电二极管或光敏电阻，但也有位置敏感的光电倍增管。
分段式光电探测器
位置传感的一种测量原理是使用一种分段式光电探测器，它可以测量几个甚至许多不同的空间位置（像素）的光学强度。 根据这些数据，可以计算出光斑的位置。
双段和象限光电二极管
图1：双段光电二极管，激光光斑以蓝色显示。浅灰色区域表示活动段。
在最简单的情况下，使用具有两段的光电二极管（双段光电二极管或双电池光电二极管），它们之间只有很小的间隙（见图1）。 入射光束的光束半径的选择使得至少对于中间范围内的光束位置，两个探测器都获得一定的光功率（见图2）。 根据与两个段相关的相对信号，可以计算出光束位置。
请注意，对于这种设备，可以获得信号对位置的非线性依赖性；可能需要应用一些线性化技术。 此外，相对强度不仅取决于光束位置，还取决于光束半径。 由于这些原因，这种分段二极管不适合定量位置测量。 然而，它们对于检查光束是否正确居中（对中指示器）很有用，例如在用于自动对准的反馈系统中。 例如，此类设备用于光学数据存储设备（CD-ROM，DVD等）。
图2：从光电二极管输出信号，其中两个信号作为光束位置的函数。
同样，可以使用具有四个检测器段的象限光电二极管（图3），通过它可以监视二维位置。
图3：象限光电二极管。
分段光电二极管通常基于硅PIN技术，灵敏度在可见光谱范围内，最高可达约1μm，但它们也可与其他半导体一起使用，例如砷化铟镓（InGaAs），用于在更长的红外波长下进行检测。
不同探测器段之间响应的均匀性当然是此类设备的重要质量数据。
光电二极管阵列
有些光电二极管阵列包含大量光电二极管段，要么位于用于一维位置感测的线性阵列中，要么位于二维网格中。 此类器件可以包含数百或数千个二极管。
原则上，只需获取接收最高光功率的像素（检测器段）的坐标即可得出光斑位置。 然后，空间分辨率将与像素间距相同。 假设光斑足够大，通过使用来自多个像素的数据可以实现更好的分辨率。 例如，可以将计算出的曲线拟合到像素数据中，计算光束位置和半径是拟合参数。
一种计算更简单的方法是通过强度分布的第一个时刻计算质心，可能是在丢弃强度值低于某个阈值或在空间上离强度最大值太远的像素之后。
CCD 和 CMOS 传感器
当使用不需要每个探测器像素一根线连接的架构时，可以产生更多的像素。 最常见的是CCD和CMOS类型的图像传感器。 例如，使用在微处理器上执行的软件，可以应用一种算法，该算法将此类探测器对背景光的灵敏度降至最低，从而实现具有非常高分辨率和精度的可靠位置传感。 然而，这种传感器（包括所有必需的数字电子设备）的成本远高于简单的模拟探测器。
有关更多详细信息，请参阅有关图像传感器的文章。
侧效应光电二极管
图4：侧效应光电二极管。
一种完全不同的位置感测方法基于横向效应光电二极管。 我们首先考虑最简单的类型，即一维传感器。 光电二极管芯片的一侧可能具有普通的阴极连接，而另一侧具有透明电阻层，其极端侧具有阳极连接。 光电流分布到两个阳极连接（使用低阻抗放大器检索）取决于光束位置：光束向一侧移动的次数越多，传递到相应阳极的光电流就越多。 为了获得高精度，光强度应足够高以获得良好的信号强度，但不会导致检测器饱和。
从光电流的差异除以光电流的总和中，人们得到一个信号，该信号可以对光束位置具有合理的线性依赖性。 波束半径对该信号没有实质性影响。 然而，操作当然会受到额外的光斑的严重干扰，例如，这些光点可能是由光学元件中的寄生反射引起的。
在p–n光电二极管中，电阻层可以是掺杂浓度相对较低的半导体层。
代替常见的p-n结光电二极管，可以使用具有肖特基结的金属氧化物半导体（MOS）架构，可以很好地集成到CMOS芯片中。 在这里，电阻层可以用氧化铟锡（ITO）实现。
侧向效应光电二极管也可以用于二维检测，例如有效面积为 10 mm × 10 mm。 一种可能性是在方形有源区域（四边形光电二极管）的四个边缘进行阳极连接。 这种简单的方法通常会导致大大远离中心位置的光束位置的线性度降低。 通过修改活动区域的几何形状（例如枕形）可以获得更高的线性度。 另一种可能性是在两侧都有电阻层（双侧光电二极管）；例如，阴极侧可用于X方向的检测，阳极侧可用于Y方向的传感。 四侧设备通常比双侧设备表现出更高的速度。
来自横向效应光电二极管的模拟信号允许以合理的精度和分辨率进行精确检测，同时不需要复杂的驱动电子设备。 精度可能受到检测器噪声和系统误差的限制，例如电阻和非线性的不均匀性。 例如，对于 10 毫米宽的设备，如果不需要非常高的带宽（见下文），则可能是几分之一毫米。
这种探测器的测量带宽可以是几十或几百千赫兹，具体取决于所需的分辨率：更高的位置分辨率需要更好的信噪比，这只能与较低的测量带宽结合使用来实现。 通常，位置敏感探测器比没有空间分辨率的简单光电二极管慢得多。
一些器件包含额外的电子设备，例如跨阻放大器和用于获取两个光电流的和差的附加电路。 然后可以简单地获得x和y方向的两个模拟输出信号。
一些横向效应光电二极管具有不同的工作原理，涉及精确测量由短激光脉冲引起的电流尖峰的相对时间位置。
另一种可能性是使用一维或二维光电二极管阵列实现横向效应二极管的基本原理，其中使用一排排电阻将位置转换为电流。 然后，人们可以获得具有高空间分辨率但相对较少的电气连接（远远少于每个光电二极管一个）的位置传感设备。
位置敏感光电倍增管
有些光电倍增管对位置敏感，并且利用与上述基本相同的基本原理。 例如，有多阳极器件，其提供空间信息基本上就像多段光电二极管一样。 其他工作方式类似于横向效应光电二极管，其中两个光电流的相对差异作为一维位置的度量。
