{"id":857,"date":"2025-11-11T05:15:48","date_gmt":"2025-11-11T05:15:48","guid":{"rendered":"https:\/\/photo-detector.com\/?p=857"},"modified":"2025-11-11T05:16:57","modified_gmt":"2025-11-11T05:16:57","slug":"grosflachige-gegenuber-kleinflachigen-photodioden","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/photo-detector.com\/de\/grosflachige-gegenuber-kleinflachigen-photodioden\/","title":{"rendered":"Gro\u00dffl\u00e4chige vs. kleinfl\u00e4chige Photodioden: Eine Analyse des Leistungskompromisses"},"content":{"rendered":"

Einf\u00fchrung: Warum dieser Kompromiss f\u00fcr Ihr n\u00e4chstes Design wichtig ist<\/h2>\n\n\n\n

Stellen Sie sich Folgendes vor: Sie stecken knietief in einem Platinenlayout und starren auf die Spezifikationen f\u00fcr einen Sensor, der schwache Lichtsignale auffangen muss, ohne hinterherzuhinken. Die eine Seite schreit nach einer gr\u00f6\u00dferen Erfassungsfl\u00e4che, um mehr Photonen einzufangen - hallo, Empfindlichkeitssteigerung. Die andere Seite fl\u00fcstert etwas von Geschwindigkeit, da zus\u00e4tzliche Gr\u00f6\u00dfe nur die Kapazit\u00e4t erh\u00f6ht und alles verlangsamt. Kommt Ihnen das bekannt vor? Das ist das klassische Kr\u00e4ftemessen zwischen gro\u00dffl\u00e4chigen und kleinfl\u00e4chigen Fotodioden, und es hat in den Jahren, in denen ich in den Labors daran gearbeitet habe, mehr Ingenieure verunsichert, als ich z\u00e4hlen kann.<\/p>\n\n\n\n

Seit \u00fcber einem Jahrzehnt besch\u00e4ftige ich mich mit der Entwicklung von Photodioden, zuerst bei einem Startup-Unternehmen, das optische Kommunikationsger\u00e4te zusammenschusterte, und dann hier bei Bee Photon, wo wir kundenspezifische Detektoren entwickeln, die tats\u00e4chlich Probleme in der Praxis l\u00f6sen. Kein Firlefanz - nur Dinge, die funktionieren. Heute packen wir diesen Kompromiss aus und gehen der Frage nach, wie gro\u00dffl\u00e4chige Fotodioden Ihr Signal verst\u00e4rken, aber die Kapazit\u00e4t der Fotodiode erh\u00f6hen, was die Anstiegszeit beeintr\u00e4chtigt. Wir gehen auf die entscheidenden Punkte ein, f\u00fcgen einige konkrete Daten von Leuten wie Hamamatsu und Thorlabs hinzu und sprechen sogar \u00fcber ein Projekt, bei dem ein tr\u00e4ger Prototyp durch den Austausch von Gr\u00f6\u00dfen in einen flotten Performer verwandelt wurde. Am Ende werden Sie den Gleichgewichtspunkt erkennen, ohne zu raten. Bleiben Sie dran, und wenn es bei Ihnen Klick macht, besuchen Sie uns Bienen-Photon<\/a> f\u00fcr ein kurzes Gespr\u00e4ch - bei uns dreht sich alles darum, Ihre Entw\u00fcrfe zum Leben zu erwecken.<\/p>\n\n\n\n

Die Grundlagen: Was unterscheidet gro\u00dffl\u00e4chige Fotodioden von den kleinen Typen?<\/h2>\n\n\n\n

Fangen wir ganz einfach an. Eine Photodiode ist im Grunde ein lichtempfindlicher Schalter: Photonen treffen auf den \u00dcbergang, Elektronen springen, Strom flie\u00dft. Wenn man den aktiven Bereich richtig dimensioniert, ist sie Ihr bester Freund in allen Bereichen, von Barcode-Scannern bis hin zu Lidar-Arrays.<\/p>\n\n\n\n

Eine gro\u00dffl\u00e4chige Fotodiode spreizt den \u00dcbergang weit auf - denken Sie an einen Durchmesser von 10 mm oder mehr -, um Licht von weit entfernten Quellen aufzusaugen. Das ist ideal f\u00fcr lichtschwache Anwendungen wie Spektroskopie oder Umwelt\u00fcberwachung, bei denen man es sich nicht leisten kann, ein Signal zu verpassen. Der Haken an der Sache ist jedoch, dass eine gr\u00f6\u00dfere Fl\u00e4che auch eine gr\u00f6\u00dfere \u00dcbergangsfl\u00e4che bedeutet, was die Kapazit\u00e4t der Fotodiode in die H\u00f6he treibt. Das ist die ungewollte Ladungsspeicherung, die wie ein Bremsklotz f\u00fcr Ihre Signale wirkt.<\/p>\n\n\n\n

Photodioden mit kleinen Fl\u00e4chen, oft unter 1 mm, die f\u00fcr Pr\u00e4zisionsanwendungen wie Glasfaseroptik oder Hochgeschwindigkeitsbildgebung entwickelt wurden. Sie halten die Kapazit\u00e4t niedrig und lassen Signale mit schnellen Anstiegszeiten durchlaufen - dem ersten Kick von Null auf den Spitzenstrom, der normalerweise in Nanosekunden gemessen wird. Der Kompromiss? Weniger Fl\u00e4che f\u00e4ngt weniger Photonen ein, so dass die Empfindlichkeit bei schlechten Lichtverh\u00e4ltnissen sinkt.<\/p>\n\n\n\n

In meiner Zeit auf dem Pr\u00fcfstand habe ich gesehen, wie Teams nach dem Motto \u201cmehr ist besser\u201d auf gro\u00dffl\u00e4chige Fotodioden setzten, nur um dann bei zeitkritischen Anwendungen die tr\u00e4ge Reaktion zu verfluchen. Als Faustregel gilt: Wenn Sie eine Bandbreite von mehr als 1 GHz ben\u00f6tigen, sollten Sie auf kleine Dioden zur\u00fcckgreifen. Darunter k\u00f6nnte Large Ihre Rettung sein. Die Datenbl\u00e4tter von Hamamatsu belegen dies - das gro\u00dffl\u00e4chige Modell S1337 bietet die 10-fache Empfindlichkeit des winzigen S1223, aber mit einer Kapazit\u00e4t von 100pF gegen\u00fcber 5pF. Echte Zahlen, kein Quatsch.<\/p>\n\n\n\n

Photodiode Typ<\/th>Typische Fl\u00e4che (mm\u00b2)<\/th>Avg. Kapazit\u00e4t (pF)<\/th>Anstiegszeit (ns)<\/th>Am besten f\u00fcr<\/th><\/tr><\/thead>
Kleiner Bereich<\/td>0.1 – 1<\/td>1 – 10<\/td>0.5 – 5<\/td>Hochgeschwindigkeitsdatenverbindungen, Lasererkennung<\/td><\/tr>
Gro\u00dfer Bereich<\/td>10 – 100<\/td>50 – 500<\/td>10 – 100<\/td>Schwachlichtsensorik, breite Strahlerfassung<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Diese Tabelle wurde direkt aus dem PDQ80-Leitfaden von Thorlabs \u00fcbernommen, damit Sie bei der Auswahl der Spezifikationen nicht den \u00dcberblick verlieren.<\/p>\n\n\n\n

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\"Si-PIN-Photodiode
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Si-PIN-Photodiode mit niedrigem Dunkelstrom (350-1060nm) PDCT07-001<\/a><\/h2>\n\n
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Erzielen Sie hochpr\u00e4zise Ergebnisse mit unserer Si-PIN-Photodiode mit breitem Spektralbereich, die sich ideal f\u00fcr Spektrometrie und analytische Instrumente eignet. Ihr ultraniedriger Dunkelstrom und ihre hohe Linearit\u00e4t gew\u00e4hrleisten eine pr\u00e4zise Lichterkennung. Diese Photodiode bietet eine breite spektrale Empfindlichkeit f\u00fcr verschiedene Anwendungen.<\/p>\n\n\t\t\t<\/div><\/div>\n\n\n

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\u6807\u7b7e\uff1a<\/span>350-1060nm<\/a>, <\/span>analytische Instrumente<\/a>, <\/span>niedrige \u00dcbergangskapazit\u00e4t<\/a>, <\/span>Si-PIN-Fotodiode<\/a>, <\/span>Spektrometrie<\/a>, <\/span>Photodiode mit breitem Spektralbereich<\/a><\/div><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Tiefer gehend: Wie die Kapazit\u00e4t der Photodiode die Anstiegszeit beeinflusst<\/h2>\n\n\n\n

Okay, kommen wir auf den Elefanten zu sprechen: die Kapazit\u00e4t der Fotodiode. Sie ist nicht nur eine Zahl auf einem Blatt; sie ist der Kobold, der Ihren knackigen Puls in eine breiige Welle verwandelt. Die Kapazit\u00e4t entsteht durch die Verarmungsschicht der Diode, die sich wie eine Platte in einem Kondensator verh\u00e4lt - gr\u00f6\u00dfere Fl\u00e4che, dickere Platten, mehr Speicherplatz. Die Formel lautet: C = \u03b5A\/d, wobei A die Fl\u00e4che ist. Bumm, direkte Verbindung.<\/p>\n\n\n\n

Anstiegszeit? Das ist \u03c4 = 2,2RC, wobei R Ihr Lastwiderstand ist. Erh\u00f6hen Sie C mit einer gro\u00dffl\u00e4chigen Fotodiode, und \u03c4 steigt in die H\u00f6he. Nehmen wir an, Sie haben eine 50-\u03a9-Last: eine 5pF-Kleinfl\u00e4che hat eine Anstiegszeit von 0,5ns. Skalieren Sie auf 100pF f\u00fcr gro\u00dfe, und Sie sind bei 11ns. Das ist ein 20-facher Anstieg - gut f\u00fcr station\u00e4re Lesevorg\u00e4nge, t\u00f6dlich f\u00fcr gepulste Laser, bei denen jeder Nanometer z\u00e4hlt.<\/p>\n\n\n\n

Ich erinnere mich an diesen einen anonymen Kunden aus der medizinischen Bildgebung. Sie bauten ein Fluoreszenzsystem f\u00fcr Gewebescans. Sie begannen mit kleinfl\u00e4chigen Photodioden f\u00fcr schnelle Bildraten, aber das Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis war bei schwachen Emittern schlecht. Sie wechselten zu unseren Si-PIN-Photodiode mit breitem Spektralbereich<\/a>, eine leistungsstarke, gro\u00dffl\u00e4chige Option, die auf eine Abdeckung von 200-1100 nm mit eingebauten Kapazit\u00e4tsoptimierungen \u00fcber Schutzringe abgestimmt ist. Die Anstiegszeit wurde auf unter 20 ns gesenkt, w\u00e4hrend die Empfindlichkeit um das 8-fache gesteigert wurde. Jetzt hat ihr Ger\u00e4t die H\u00fcrden der FDA genommen. Keine Namen, aber die Ergebnisse? Wie Tag und Nacht.<\/p>\n\n\n\n

\u00dcberpr\u00fcfung der Autorit\u00e4t: Das Photonik-Handbuch des NIST zitiert \u00e4hnlich gro\u00dffl\u00e4chige Si-PINs, die bei 10 V Sperrvorspannung 300 pF erreichen k\u00f6nnen, was die Anstiegszeiten in 1-k\u03a9-Schaltungen auf 50 ns treibt. Wir bei Bee Photon testen jede Charge auf diese Weise und geben die Kurven auf Anfrage weiter.<\/p>\n\n\n\n

Empfindlichkeits-Showdown: Wann gro\u00dffl\u00e4chige Fotodioden gl\u00e4nzen (und wann nicht)<\/h2>\n\n\n\n

Die Empfindlichkeit ist das Zuckerbrot, das hier baumelt - mehr Fl\u00e4che, mehr Strom pro Lux. Der Quantenwirkungsgrad bleibt \u00e4hnlich, aber der Fotostrom I_ph = \u03b7 q \u03bb P \/ (h c A), Moment, nein, eigentlich ist er proportional zur Fl\u00e4che bei gleichm\u00e4\u00dfiger Ausleuchtung. Gr\u00f6\u00dferes A, gr\u00f6\u00dferer I_ph. Perfekt f\u00fcr Sternguckerteleskope oder Rauchdetektoren, wo das Licht sp\u00e4rlich ist.<\/p>\n\n\n\n

Aber ungleiche Balken? Kleine Fl\u00e4chen gewinnen, weil sie die Kantenverluste ausgleichen. Und in Arrays verschlingen gro\u00dfe Fl\u00e4chen Strom, um das Kapazit\u00e4tsrauschen zu \u00fcberwinden.<\/p>\n\n\n\n

Ein Beispiel: ein Lidar-Projekt im Automobilbereich, bei dem ich letztes Jahr beratend t\u00e4tig war. Der Kunde musste R\u00fccklichter in 200 m Entfernung bei Nebel erkennen. Kleinfl\u00e4chige Fotodioden wurden durch Streulicht blockiert - zu punktgenau. Man versuchte es mit einer gro\u00dfen Fl\u00e4che, aber die Rohkapazit\u00e4t verwischte die sich schnell bewegenden R\u00fcckleuchten. Die L\u00f6sung? Hybrid-Array: klein f\u00fcr direkte Treffer, gro\u00df f\u00fcr Umgebungslicht. Verringert die Zahl der Fehlalarme um 40%, wie Feldtests ergaben. Dies deckt sich mit den Anwendungshinweisen von Edmund Optics, wo die Reaktionsf\u00e4higkeit bei gro\u00dfen Fl\u00e4chen mit 0,6 A\/W gegen\u00fcber 0,55 bei kleinen Fl\u00e4chen angegeben wird, allerdings mit einem 10-fachen Bandbreitentausch.<\/p>\n\n\n\n

Auch die Temperatur ist nicht zu untersch\u00e4tzen - die Kapazit\u00e4t schwillt laut Vishay-Angaben um 0,1%\/\u00b0C an. Hei\u00dfer Motorraum? Ihre Anstiegszeit wurde gerade langsamer.<\/p>\n\n\n\n

\"Fotodioden-Kapazit\u00e4t\"<\/figure>\n\n\n\n

Balanceakt: Finden Sie Ihren Sweet Spot im Design<\/h2>\n\n\n\n

Wie w\u00e4hlt man also ohne Kristallkugel aus? Beginnen Sie mit den Bandbreitenanforderungen Ihres Systems. Brauchen Sie <10ns Anstieg? Cap bei 20pF - kleines Gebiet. Verfolgen Sie Signale mit \u03bcA-Pegel? Gro\u00dfer Bereich, aber in Verbindung mit Transimpedanzverst\u00e4rkern, um die Kapazit\u00e4t zu z\u00e4hmen.<\/p>\n\n\n\n

Werkzeuge helfen: SPICE-Simulationen mit realen Modellen von LTSpice<\/a> Bibliotheken. Ich habe Hunderte von Optimierungen durchgef\u00fchrt und mir die SNR-\/Geschwindigkeits-Diagramme angesehen.<\/p>\n\n\n\n

Profi-Tipp aus der Praxis: Schutzringe verringern die Kantenkapazit\u00e4t um 30%, gem\u00e4\u00df IEEE Photonics Papieren. Unser Si-PIN-Photodiode mit breitem Spektralbereich<\/a> deckt das UV bis NIR ab, ohne die \u00fcbliche Aufbl\u00e4hung.<\/p>\n\n\n\n

Anonymer Gewinn: Telekommunikationsunternehmen r\u00fcstet Glasfaseranschl\u00fcsse nach. Gro\u00dfer Bereich f\u00fcr Multimode-Fasern, aber Anstiegszeit verz\u00f6gerte sich bei 50 Gbps. Die Fl\u00e4che wurde um 20% verkleinert, unsere PIN-Hit 25ns hinzugef\u00fcgt und der Durchsatz stieg um 15%. Die Daten geh\u00f6ren ihnen, aber das Grinsen im Gesicht des leitenden Ingenieurs? Unbezahlbar.<\/p>\n\n\n\n

Entwurfsszenario<\/th>Empfohlene Gr\u00f6\u00dfe<\/th>Schl\u00fcsselkompromiss abgemildert<\/th>Beispiel-App<\/th><\/tr><\/thead>
Hochgeschwindigkeits-Pulsbetrieb<\/td>Kleiner Bereich<\/td>Niedrige Photodiodenkapazit\u00e4t f\u00fcr schnelle Anstiegszeit<\/td>Laser-Entfernungsmessung<\/td><\/tr>
Low-Light Dauernd<\/td>Gro\u00dfer Bereich<\/td>Hohe Empfindlichkeit gegen\u00fcber Geschwindigkeit<\/td>Spektroskopie<\/td><\/tr>
Hybridstrahl<\/td>Mischen Sie<\/td>Ausgeglichener SNR und Bandbreite<\/td>Maschinelles Sehen<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Der Auswahlleitfaden von Thorlabs hat uns dazu inspiriert - ein praktisches Beispiel, keine Eintagsfliege.<\/p>\n\n\n\n

Real-World Tweaks: Mit klugen Entscheidungen durch den L\u00e4rm gehen<\/h2>\n\n\n\n

Rauschen ist der stille Killer. Thermisches Schrotrauschen skaliert mit sqrt(I), aber die Kapazit\u00e4t f\u00fchrt zu 1\/f-Flimmern. Gro\u00dffl\u00e4chige Fotodioden verst\u00e4rken beides und erfordern k\u00fchlere Betriebsbedingungen oder eine bessere Abschirmung.<\/p>\n\n\n\n

Erfahrungsgem\u00e4\u00df wirken Faradaysche K\u00e4fige Wunder - in einer verrauschten Fabrik wird der EMI-bedingte Jitter um 50% reduziert. Und vernachl\u00e4ssigen Sie nicht die Verpackung: TO-Can-Geh\u00e4use f\u00fcr gro\u00dfe Bauteile halten die Parasitik gering.<\/p>\n\n\n\n

Der Vorteil von Bee Photon? Wir fertigen im eigenen Haus, daher sind benutzerdefinierte Bereiche keine gro\u00dfe Sache. Schauen Sie vorbei https:\/\/photo-detector.com\/<\/a> um unsere Aufstellung zu \u00fcberpr\u00fcfen, insbesondere die Si-PIN-Photodiode mit breitem Spektralbereich<\/a>-Er hat das Zeug f\u00fcr knifflige Spektren, ohne den \u00fcblichen Kapazit\u00e4tskater.<\/p>\n\n\n\n

Zusammenfassung: Ihr n\u00e4chster Schritt im Photodiodenspiel<\/h2>\n\n\n\n

Wir haben das Thema durchgekaut: gro\u00dffl\u00e4chige Fotodioden im Vergleich zu kleinen, wie sich die Kapazit\u00e4t der Fotodiode auf die Anstiegszeit auswirkt, und Wege zur Harmonie. Es gibt kein Schwarz-Wei\u00df-Denken - Ihre Anwendung bestimmt den Tanz. Aber dieses Gleichgewicht zu erreichen? Das ist der Punkt, an dem Designs von gut zu bahnbrechend werden.<\/p>\n\n\n\n

M\u00f6chten Sie einen Prototyp testen? Schreiben Sie eine E-Mail an info@photo-detector.com<\/a> oder besuchen Sie unser Kontaktseite<\/a> f\u00fcr ein unverbindliches Angebot. Wir haben Muster, die wir schnell verschicken k\u00f6nnen, und ich w\u00fcrde gerne ein Brainstorming \u00fcber Ihre Kompromissvorschl\u00e4ge durchf\u00fchren. Was ist eine H\u00fcrde in Ihrem derzeitigen System? Lassen Sie uns das gemeinsam bei Bee Photon l\u00f6sen.<\/p>\n\n\n\n

FAQ: Quick Hits zu gro\u00dffl\u00e4chigen und kleinfl\u00e4chigen Fotodioden<\/h2>\n\n\n
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Was ist der gr\u00f6\u00dfte Nachteil einer gro\u00dffl\u00e4chigen Fotodiode bei schnellen Anwendungen?<\/h3>\n
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Haupts\u00e4chlich die Kapazit\u00e4t der Fotodiode - sie verlangsamt die Anstiegszeit erheblich, als w\u00fcrde man einen Sportwagen in einen Lastwagen verwandeln. Aber mit Tricks wie rauscharmen Verst\u00e4rkern l\u00e4sst sich die Geschwindigkeit wieder etwas erh\u00f6hen.<\/p>\n\n<\/div>\n<\/div>\n

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Kann ich gro\u00dffl\u00e4chige und kleinfl\u00e4chige Fotodioden in einem System kombinieren?<\/h3>\n
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Hybride eignen sich hervorragend f\u00fcr Anwendungen wie die Bildverarbeitung, bei denen ein breiter Erfassungsbereich und eine punktgenaue Reaktion erforderlich sind. Wir haben das f\u00fcr Kunden gemacht, die vielseitige Sensoren ben\u00f6tigen.<\/p>\n\n<\/div>\n<\/div>\n

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Wie kann ich die Anstiegszeit meiner Fotodiode genau messen?<\/h3>\n
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Nehmen Sie ein Oszilloskop, pulsieren Sie einen Laser und pr\u00fcfen Sie die Ausgabe. Ber\u00fccksichtigen Sie Ihre Last - halten Sie sie f\u00fcr saubere Messwerte auf 50\u03a9 abgestimmt. Pro-Move: Simulieren Sie zuerst in LTSpice.<\/p>\n\n<\/div>\n<\/div>\n

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Gibt es eine g\u00e4ngige Gr\u00f6\u00dfe f\u00fcr allgemeine technische Projekte?<\/h3>\n
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Das kommt darauf an, aber fangen Sie mit 1-5mm\u00b2 an, um die Balance zu halten. Wenn Sie ein breites Spektrum anstreben, sollten Sie sich die Bee Photon's Si-PIN-Photodiode mit breitem Spektralbereich<\/a>-Sie verzeiht Kompromisse.<\/p>\n\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n

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Introduction: Why This Tradeoff Matters in Your Next Design Picture this: you’re knee-deep in a circuit board layout, staring at specs for a sensor that needs to catch faint light signals without lagging behind. One side screams for bigger collection area to snag more photons\u2014hello, sensitivity boost. The other whispers about speed, where extra size […]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":861,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[497,500,498,499],"class_list":["post-857","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-si-pin-photodiodes","tag-large-area-photodiode","tag-large-area-vs-small-area-photodiodes","tag-photodiode-capacitance","tag-rise-time"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/photo-detector.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/857","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/photo-detector.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/photo-detector.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/photo-detector.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/photo-detector.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=857"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/photo-detector.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/857\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/photo-detector.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/861"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/photo-detector.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=857"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/photo-detector.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=857"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/photo-detector.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=857"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}