《光电导探测》PPT课件

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1、第1章光电导探测器光电子器件的种类很多、很广，由于其类型和用途不同，对其性能和参数的要求也不同，评价的参数和方法也不尽相同，在此处只能就其共性进行描述。由于本课程主要涉及光电探测器和光电成像器件两大类，所以对它们的性能参数也分两大类。对光电探测器有：响应特性、噪声特性，包括响应率、探测率、时间常数及噪声等。对光电成像器件有：包括上面参数，还有成像特性，包括：分辨率、空间频率特性以及空间抽样特性等。1.1光电子器件的基本特性信号噪声比乃是反映器件总体特性的综合参数，对描述光电探测器以及光电成像器件都是必不可少的。本节只叙述光电器件的响应特性、探

2、测率以及吸收系数，其他特性在各章叙述。1.1.1光谱响应率和响应率响应率定义:光电探测器输出信号电压或电流与单位入射光功率之比，即单位入射光功率作用下探测器输出信号电压或电流称为响应率.有光谱响应率和积分响应率R。是传感器灵敏度相似的概念.1.光谱响应率光谱电压响应率Ruλ：光电器件在单色(在波长附近一个很小的波长范围内)辐射功率作用下产生的信号电压为:光谱电流响应率Riλ：光电器件在单色(在波长附近一个很小的波长范围内)辐射功率作用下产生的信号电流为，则：：光电器件的光谱响应曲线:归一化，可得相对光谱响应率：Rm为光谱响应率的最大值.光谱量

3、子效率:——单色入射辐射量子数——由产生的信号量子数光谱响应率及量子效率仅由器件的响应特性所决定,而与光源无关。把转化为：以μm为单位，则以A/W为单位。如果λ以nm为单位，则以mA/W为单位。此公式计算简单，常在工程中应用到。光谱响应率及量子效率仅由器件的响应特性所决定，而与光源无关。简称为响应率R，为器件输出信号与输入功率之比:电压响应率:P——入射辐射功率us——输出信号电压电流响应率：Is——输出信号电流量子效率:NP——入射辐射量子数Ns——由NP所产生的信号量子数响应率实质上反映了器件的灵敏程度，因此，响应率又被叫做灵敏度或积分灵

4、敏度，而相应的光谱响应率叫做光谱灵敏度。2.积分响应率光度量的电压响应率和电流响应率:Φ——输入光通量对给定色温的光源，其光通量与辐射功率P之比是一定的,辐射响应率与光度响应率的关系:3.光谱响应率与响应率的关系光源辐射功率谱密度定义为单位波长范围内的辐射功率，即：光源辐射功率谱密度随波长的分布曲线如图1-2，是光源的特性。光源光谱辐射功率谱密度归一化:Pm：单色辐射功率最大值Pλ：单色辐射功率的相对值称为器件同光源的光谱匹配系数它反映了器件响应的波长范围同光源光谱的吻合程度。器件的光谱响应同光源的光谱辐射的匹配程度:在光源固定的情况下，面积

5、A1是不变的，如果与曲线重合得愈多，面积A2愈大，也就是光谱匹配愈好，α愈大；反之，如果两曲线没有重合之处，α=0，即二者完全失配，则该光电器件对光源没有探测能力。光谱匹配是选择光电探测器，如像管、光电倍增管、红外成像器件的光电转换材料的重要依据。希望光电探测器尽量与光源匹配。由于夜视器件大部分工作在夜晚，其红外波段辐射较集中，因此，制作夜视探测器要尽量向红外方向延伸。要探测那个波段的光辐射的信号，就要使器件的响应范围与光辐射的波段尽量一致。功率谱密度波长λ(nm)400800120016002000紫外线可见光红外线黄绿光太阳辐射01.1.

6、2最小可探测辐射功率和探测率1.最小可探测辐射功率Pmin：当输出信号电压等于输出噪声电压均方根值时的探测器的入射辐射功率P——入射辐射功率；un——噪声电压均方根；us——输出信号电压。噪声光电探测器输出的电流或电压在其平均值上下起伏.这种起伏是一种无规则的、随机的，在某一瞬间的幅度不能预先知道，并且与其前后相邻时刻的幅度大小也毫无关系，这种起伏称为噪声，这种噪声是物理过程中所固有的，是不可能人为消除的。由于噪声是在平均值附近的随机起伏，其瞬间值是不确定的，其长时间的平均值为零，简单地求平均没有意义，有意义的是足够长时间内求其平方平均值或均

7、方根。当有多个噪声源同时存在时，只要这些噪声源是独立，互不相关的，其噪声功率就可进行相加。在信号较弱时，光电探测器的噪声会显著地影响信号探测的准确性，另外，噪声也限制了系统可能探测到的最小信号功率，因为信号太弱，就被噪声所掩没，难以被发现。当入射辐射较弱时，所产生的信号电压等于噪声电压时，此时信号被淹没在噪声之中，而不能分辨信号，此时该入射的辐射功率为该探测器所能探测到的最小功率，因此，又称为噪声等效功率NEP(NoiseEqualancePower)。当然Pmin越小，器件的探测能力越强，Pmin越小越好，但这不符合人们的习惯表示方法，因此

8、引入探测率。最小可探测辐射功率Pmin：当输出信号电压等于输出噪声电压均方根值时的探测器的入射辐射功率P——入射辐射功率；un——噪声电压均方根；us——输出信号电