S2 光電探測器件 02.ppt

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1、C2光電探測器件理學(xué)院宋旸2光電探測器件2.1光電探測器的物理效應(yīng)2.2光電探測器的性能參數(shù)2.3外光電效應(yīng)型光電探測器2.4內(nèi)光電效應(yīng)型光電探測器2.5固體成像器件2.6光電探測光源2光電探測器的性能參數(shù)22光電探測器件32.2.1光電探測器的響應(yīng)特性①光譜響應(yīng)率Rλ是常數(shù)時，相應(yīng)探測器稱為無選擇性探測器(如光熱探測器)，光子探測器則是選擇性探測器。光功率譜密度Pλ由于光電探測器的光譜選擇性，在其它條件下不變的情況下，光電流將是光波長的函數(shù)，記為iλ，于是光譜靈敏度Rλ定義為42.2.1光電探測器的響應(yīng)特

2、性①光譜響應(yīng)率光譜的量子效率反映Rλ隨波長變化的關(guān)系52.2.1光電探測器的響應(yīng)特性①光譜響應(yīng)率Rλm是指Rλ的最大值，Sλ為無量綱，隨λ變化的曲線稱為光譜響應(yīng)曲線。相對光譜響應(yīng)率其物理意義為光電探測敏感材料對不同波長的入射光的量子效率不同62.2.1光電探測器的響應(yīng)特性光電轉(zhuǎn)換α越大，光在基板表面被迅速吸收①光譜響應(yīng)率72.2.1光電探測器的響應(yīng)特性顏色波長/nm吸收一半光的深度/μm紫4000.093藍(lán)4600.32綠5300.79黃5801.2橙6101.5紅7003.0①光譜響應(yīng)率82.2.1光電探

3、測器的響應(yīng)特性光電二極管光譜響應(yīng)曲線響應(yīng)范圍在400-1150nm峰值在800-900nm①光譜響應(yīng)率92.2.1光電探測器的響應(yīng)特性①光譜響應(yīng)率102.2.1光電探測器的響應(yīng)特性①光譜響應(yīng)率11光電流i(或光電壓u)和入射光功率P之間的關(guān)系i＝f(P)，稱為探測器的光電特性。積分響應(yīng)率R定義為這個曲線的斜率，即(線性區(qū)內(nèi))(安/瓦)(線性區(qū)內(nèi))(伏/瓦)Ri和Ru分別稱為積分電流和積分電壓響應(yīng)率（靈敏度）光功率P是指分布在某一光譜范圍內(nèi)的總功率。2.2.1光電探測器的響應(yīng)特性②積分響應(yīng)率122.2.1光電

4、探測器的響應(yīng)特性③光譜匹配函數(shù)輸入到光電探測器上的光輻射總功率光電探測器上對應(yīng)的總輸出電流132.2.1光電探測器的響應(yīng)特性探測器與光源的光譜匹配函數(shù)，表示入射光功率能被響應(yīng)的百分比。探測器的響應(yīng)不但與探測器自身的特性有關(guān)還與所用的具體光源有關(guān)。③光譜匹配函數(shù)142.2.1光電探測器的響應(yīng)特性④頻率靈敏度Rf(響應(yīng)頻率fc和響應(yīng)時間t)若入射光是強(qiáng)度調(diào)制，在其它條件不變下，光電流if將隨調(diào)頻f的升高而下降，這時的靈敏度稱為頻率靈敏度Rfif是光電流時變函數(shù)的付里葉變換，通常τ稱為探測器的響應(yīng)時間或時間常數(shù)，

5、由材料、結(jié)構(gòu)和外電路決定。152.2.1光電探測器的響應(yīng)特性④頻率靈敏度Rf頻率靈敏度這就是探測器的頻率特性，Rf隨f升高而下降的速度與τ值大小關(guān)系很大。一般規(guī)定，Rf下降到頻率fc為探測器的截止響應(yīng)頻率和響應(yīng)頻率。從上式可見：當(dāng)f

6、的結(jié)構(gòu)，具有非常低的電容、電阻，因而具有極高的響應(yīng)速度。其沖擊響應(yīng)振蕩極小，常適于高速光源時間或頻率特性探測。光纖耦合自由光輸入2.2.1光電探測器的響應(yīng)特性④頻率靈敏度Rf17探測器對突然光照的輸出電流，要經(jīng)過一定時間才能上升到與這一輻射功率相應(yīng)的穩(wěn)定值i。當(dāng)輻射突然降去后，輸出電流也需要經(jīng)過一定時間才能下降到零。一般而論，上升和下降時間相等，時間常數(shù)近似地由決定。光電流是兩端電壓u、光功率P、光波長λ和光強(qiáng)調(diào)制頻率f的函數(shù)，即2.2.1光電探測器的響應(yīng)特性④頻率靈敏度Rf18以u，P，λ為參變量，i＝F

7、（f）的關(guān)系稱為光電頻率特性，相應(yīng)的曲線稱為頻率特性曲線。同樣，i=F(P)及曲線稱為光電特性曲線。i＝F(λ)及其曲線稱為光譜特性曲線。而i＝F(u)及其曲線稱為伏安特性曲線。當(dāng)這些曲線給出時，靈敏度R的值就可以從曲線中求出，還可以利用這些曲線，尤其是伏安特性曲線來設(shè)計(jì)探測器的使用電路。2.2.1光電探測器的響應(yīng)特性192.2.1光電探測器的響應(yīng)特性⑤量子效率η量子效率：在某一特定波長上，每秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光量子數(shù)之比。對理想的探測器，入射一個光量子發(fā)射一個電子，?=1實(shí)際上，?<1量子效率是一

8、個微觀參數(shù)，量子效率愈高愈好。20靈敏度R是從宏觀角度描述了光電探測器的光電、光譜以及頻率特性量子效率η則是對同一個問題的微觀—宏觀描述。量子效率和靈敏度關(guān)系對某一波長來說，其光譜量子效率：量子效率正比于靈敏度而反比于波長。2.2.1光電探測器的響應(yīng)特性⑤量子效率η21從靈敏度R的定義式可見，如果P＝0，應(yīng)有i=0實(shí)際情況是，當(dāng)P＝0時，光電探測器的輸出電流并不為零。這個電流稱為暗電流或噪聲電流顯然，這時靈敏度R