光電檢測光電探測器

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1、光電檢測器件是利用物質的光電效應把光信號轉換成電信號的器件。它是光電系統(tǒng)的核心組成部分，在光電系統(tǒng)中的作用是發(fā)現(xiàn)信號、測量信號，并為隨后的應用提取某些必要的信息。第二章、光電檢測器件光輻射探測器熱電探測器光子探測器真空光電器件半導體光電器件熱電偶和熱電堆熱敏電阻熱釋電探測器真空光電管光電倍增管充氣光電管光敏電阻光電池光電二極管光電三極管熱電探測器特點：①響應波長無選擇性，它對從可見光到遠紅外的各種波長的輻射同樣敏感。②響應慢，吸收輻射產(chǎn)生信號需要的時間長，一般在幾毫秒以上。光電探測器特點：①響應波長有選擇性，存在某一截止波長λ0，超過此

2、波長，器件沒有響應。②響應快，一般在納秒到幾百微秒。1.響應度（或靈敏度)光電探測器的輸出電壓或輸出電流(或光電導)與入射光功率(或光照度)之比，它描述器件的光電轉換效能。第一節(jié)、基本特性參數(shù)一、響應方面的參數(shù)⑴光譜響應度光電探測器的輸出電壓或輸出電流與入射到探測器上的單色輻射通量之比，光譜響應度愈大，表示光電探測器愈靈敏。⑵積分響應度光電探測器輸出的電流或電壓與入射總光通量之比稱為積分響應度。積分靈敏度表示探測器對連續(xù)輻射通量的反應程度。2．響應時間當入射輻射到光電探測器后或入射輻射遮斷后，光電探測器的輸出上升到穩(wěn)定值或下降到照射前的

3、值所需時間稱為響應時間。上升時間和下降時間3．頻率響應光電探測器的響應隨入射輻射的調制頻率而變化的特性稱為頻率響應。二、噪聲方面的參數(shù)從響應度的定義來看，好象只要有光輻射存在，不管它的功率如何小，都可探測出來。但事實并非如此。當入射功率很低時，輸出只是些雜亂無章的變化信號，而無法肯定是否有輻射入射在探測器上。這并不是探測器不好引起的，而是它所固有的“噪聲”引起的。如果對這些隨時間而起伏的電壓(流)按時間取平均值，則平均值等于零。但這些值的均方根不等于零，這個均方根電壓(流)稱為探測器的噪聲電壓(流)。⑴熱噪聲：也稱約翰遜噪聲，載流子無規(guī)

4、則的熱運動造成的噪聲。①熱噪聲存在于任何電阻中。②熱噪聲與溫度成正比。③熱噪聲與頻率無關。熱噪聲是各種頻率分量組成，就像白光是各種波長的光組成一樣，所以熱噪聲也稱為白噪聲。1、器件的噪聲⑵散粒噪聲：也稱散彈噪聲，穿越勢壘的載流子的隨機漲落（統(tǒng)計起伏）所造成的噪聲。在每個時間間隔內，穿過勢壘區(qū)的載流子的數(shù)或從陰極到陽極的電子數(shù)都圍繞一平均值上下起伏。散粒噪聲也是白噪聲。⑶產(chǎn)生－復合噪聲：載流子的產(chǎn)生率與復合率在某個時間間隔內也會在平均值上下起伏，這種起伏導致載流子濃度的起伏，從而也產(chǎn)生均方噪聲電流。它不是白噪聲。⑷1/f噪聲(閃爍噪聲或低

5、頻噪聲）：由于光敏層的微粒不均勻或不必要的微量雜質的存在，當電流流過時在微粒間發(fā)生微火花放電而引起的微電爆脈沖稱為1/f噪聲。頻率越低，這種噪聲越大，所以也稱為低頻噪聲，它是屬于“紅”噪聲。2、噪聲參數(shù)：⑴信噪比(S／N)：信噪比是判定噪聲大小通常使用的參數(shù)。它是在負載電阻RL上產(chǎn)生的信號功率與噪聲功率之比，即若用分貝(dB)表示，則為利用S／N評價兩種光電探測器性能時，必須在信號輻射功率相同的情況下才能比較。但對單個光電探測器，其S／N的大小與入射信號輻射功率及接收面積有關。如果入射輻射強，接收面積大，S／N就大，但性能不一定就好。因

6、此用S／N評價器件有一定的局限性。⑵等效噪聲輸入(ENl)：它定義為器件在特定帶寬內(1Hz)產(chǎn)生的均方根信號電流恰好等于均方根噪聲電流值時的輸入通量，此時，其他參數(shù)，如頻率溫度等應加以規(guī)定。這個參數(shù)是在確定光電探測器件的探測極限(以輸入通量為瓦或流明表示)時使用。⑶噪聲等效功率(NEP)：或稱最小可探測功率Pmin。它定義為信號功率與噪聲功率之比為1(即S／N=1)時，入射到探測器上的輻射通量(單位為瓦)。即⑷探測率D：只用NEP無法比較兩個不同來源的光探器的優(yōu)劣。為此，引入兩個新的性能參數(shù)——探測率D和比探測率D*。探測率D定義為N

7、EP（噪聲等效功率）的倒數(shù)，即顯然，D愈大，光電探測器的性能就愈好。探測率D所提供的信息與NEP一樣，也是一項特征參數(shù)。不過它所描述的特性是：光電探測器在它的噪聲電平之上產(chǎn)生一個可觀測的電信號的本領，即光電探測器能響應的入射光功率越小，則其探測率越高。⑸歸一化探測率D*：為了在不同帶寬內對測得的不同的光敏面積的光電探測器件進行比較，使用了歸一化探測率（比探測率）D*。⑹暗電流Id：即光電探測器在沒有輸入信號和背景輻射時所流過的電流(加電源時)。一般測量其直流值或平均值。1、量子效率η(λ)：在某一特定波長上每秒鐘內產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光

8、量子數(shù)之比。一般η(λ)反映的是入射輻射與最初的光敏面的相互作用。若η(λ)＝1（理論上），則入射一個光量子就能發(fā)射一個電子或產(chǎn)生一對電子孔穴對。實際上η(λ)<1。對于有增益的光電器件，η(λ)遠大于1，