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1、光电探测器原理及应用雷肇棣,(西南技术物理研究所成都610041),,介绍了光电与系统的组成阐述了光电二极管和雪崩光电二极管的工作原理及噪声问题对雪崩光电二极管人PD和光电倍增管PMT进行了比较,并以四象限探测器为例说明了光电探侧器的应用问题.关,光电探测器,光电二极管,镇词光电子学系统雪崩光电二极管Abstraet,Theprineipleandnoiseproblemsofphotodiodesandavalanehephotodiodes.vanta-(ApDs)aredeseribedTheadvantagesanddisadgesof
2、ApDsandphotomuulti.·pliertubesareeomParedAsimPleapPlieationexampleforoPtiealdetectors15given,,Keywordsphotodetectorphotodiodeavalanehephotodiode,.自1960年第一台红宝石激光器问世以来探测器将光信号转变成电信号由于光信号经古老.,的光学发生了革命性的变化与此同时光源输电子学也突飞猛进地向前发展.光学和电子学传紧密联合形成了光电子学这一崭新的学科.由,此发展起来的光电子高新技术已深入到人们介生活的各个领
3、域,从光纤通信,镭射唱盘到海湾质战争中的现代化武器,接收都和光电子技术密切相显示器光学系统关.而光电探测器则是光电子系统中不可缺少解码器前置光电.,的重要器件可以毫不夸大地说没有光电探放大器探侧器测器,.件就没有今天的光电子学系统图l光电子系统方框图过长距,光电子系统的组成离传输后会衰减使接收到的信号一般,因此需要用前置放大器将其放大,然后进很弱,行解码,还原成发送端原始的待传送信号,现代光电子系统非常复杂但它的基本组最后:.成可用图l来说明待传送信号经过编码器编由终端显示器显示出来,码后加到调制器上去调制光源发出的光被调,其实这种光电子系统的
4、最基本组成在古制后的光由发射光学系统发送出去.发射光学代早已形成.例如,烽火台就是一种最简单的系统又称为发射天线,因为光波是一种电磁波,光通信系统:;烽火是光源调制方式是点燃烽发射光学系统所起的作用和无线电发射天线所,这是最简单的二进制编码调制火与熄灭烽火..起的作用完全相同发送出去的光信号经过传方式;传输介质是大气;光探测器是人的眼睛,,.输介质如大气等到达接收端由接收光学系这种古代的烽火台通信系统已包括了现代光电,、、光电:统或接收天线将光聚焦到光电探测器上子系统中最基本的部分发射调制接收(眼23卷刁期、.,,。睛)解调(人的大脑)但是这种
5、原始的系统人射光强改变从而可检测出光信号而半导:,,,,有许多不足和缺点第一传送的信息量太少体光电器件(包括光敏电阻光电池光电二极,,只能告诉人们有敌人(烽火燃)和无敌人(烽火管光电三极管雪崩光电二极管等)利用的却,,,.灭)这两种信息至于敌人多少谁带领携带什是内光电效应内光电效应和外光电效应的区,,,么武器从哪个方向来等等都无法给出;第二别在于人射光子并不直接将光电子从光电材料,,传送距离太近只能传到人眼看得到的地方;第内部轰击出来而只是将光电材料内部的电子,,,,三抗干扰能力差雨雾天不能传送;第四保密从低能态激发到高能态于是在低能态留下一,
6、,,,性很差点燃烽火后不仅自己人能看见敌人个空位空穴而在高能态上产生一个能自,,—,.也能看见;第五不能进行识别城池一旦被攻由移动的电子如图2所示这样一对由人射占,敌人也可根据需要点燃烽火,但自己无法识电子,,别究竟是谁点的烽火;第六响应速度慢从点高能态火到火光,冲天使人们能看到没有十几分钟到半个小时是不行的,等等.现代光电子系统就是为了,解决上述这些问题而设计的因此系统变得越来越复杂.但万变不离其宗,它的基本思低能态空穴想都是很简单的。图2光生电子空穴对二、作光子所激发产生的电子一空穴对,称为光生电子为眼睛的光电探侧器.光生电子空穴对虽然仍在
7、材料内部,空穴对但·,.如在光电子系统中最关键最重要的部件是它改变了半导体光电材料的导电性能果设它的“”光电.,眼睛探侧器人的眼睛就是一法检测出这种性能的改变就可探测出光信号,—,.种光探测器:它非常灵敏但也有不足之处其的变化..,0拼,一是它的光谱响应范围只限于4一076m无论外光电效应或是内光电效应它们的对于波长小于0.4拼m的紫外光和大于0.76科m产生并不取决于人射光强,而是取决于人射光的1,,E红外光一般不能响应(这一范围就是通常说波的波长或频率这是因为光子能量只“”,v,的可见光);其二是眼睛有视觉暂留现象对和频率有关“”,石~‘,
8、,1于高重复频率信号不能分辨例如电影每秒(),,,.,48幅图像电视每秒50幅图像此时人眼就式中再为普朗克常数要能产生光电效应每无法分辨出,“.,一幅
