光电检测光电探测器

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1、光电检测器件是利用物质的光电效应把光信号转换成电信号的器件。它是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。第二章、光电检测器件光辐射探测器热电探测器光子探测器真空光电器件半导体光电器件热电偶和热电堆热敏电阻热释电探测器真空光电管光电倍增管充气光电管光敏电阻光电池光电二极管光电三极管热电探测器特点：①响应波长无选择性，它对从可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感。②响应慢，吸收辐射产生信号需要的时间长，一般在几毫秒以上。光电探测器特点：①响应波长有选择性，存在某一截止波长λ0，超过此

2、波长，器件没有响应。②响应快，一般在纳秒到几百微秒。1.响应度（或灵敏度)光电探测器的输出电压或输出电流(或光电导)与入射光功率(或光照度)之比，它描述器件的光电转换效能。第一节、基本特性参数一、响应方面的参数⑴光谱响应度光电探测器的输出电压或输出电流与入射到探测器上的单色辐射通量之比，光谱响应度愈大，表示光电探测器愈灵敏。⑵积分响应度光电探测器输出的电流或电压与入射总光通量之比称为积分响应度。积分灵敏度表示探测器对连续辐射通量的反应程度。2．响应时间当入射辐射到光电探测器后或入射辐射遮断后，光电探测器的输出上升到稳定值或下降到照射前的

3、值所需时间称为响应时间。上升时间和下降时间3．频率响应光电探测器的响应随入射辐射的调制频率而变化的特性称为频率响应。二、噪声方面的参数从响应度的定义来看，好象只要有光辐射存在，不管它的功率如何小，都可探测出来。但事实并非如此。当入射功率很低时，输出只是些杂乱无章的变化信号，而无法肯定是否有辐射入射在探测器上。这并不是探测器不好引起的，而是它所固有的“噪声”引起的。如果对这些随时间而起伏的电压(流)按时间取平均值，则平均值等于零。但这些值的均方根不等于零，这个均方根电压(流)称为探测器的噪声电压(流)。⑴热噪声：也称约翰逊噪声，载流子无规

4、则的热运动造成的噪声。①热噪声存在于任何电阻中。②热噪声与温度成正比。③热噪声与频率无关。热噪声是各种频率分量组成，就像白光是各种波长的光组成一样，所以热噪声也称为白噪声。1、器件的噪声⑵散粒噪声：也称散弹噪声，穿越势垒的载流子的随机涨落（统计起伏）所造成的噪声。在每个时间间隔内，穿过势垒区的载流子的数或从阴极到阳极的电子数都围绕一平均值上下起伏。散粒噪声也是白噪声。⑶产生－复合噪声：载流子的产生率与复合率在某个时间间隔内也会在平均值上下起伏，这种起伏导致载流子浓度的起伏，从而也产生均方噪声电流。它不是白噪声。⑷1/f噪声(闪烁噪声或低

5、频噪声）：由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲称为1/f噪声。频率越低，这种噪声越大，所以也称为低频噪声，它是属于“红”噪声。2、噪声参数：⑴信噪比(S／N)：信噪比是判定噪声大小通常使用的参数。它是在负载电阻RL上产生的信号功率与噪声功率之比，即若用分贝(dB)表示，则为利用S／N评价两种光电探测器性能时，必须在信号辐射功率相同的情况下才能比较。但对单个光电探测器，其S／N的大小与入射信号辐射功率及接收面积有关。如果入射辐射强，接收面积大，S／N就大，但性能不一定就好。因

6、此用S／N评价器件有一定的局限性。⑵等效噪声输入(ENl)：它定义为器件在特定带宽内(1Hz)产生的均方根信号电流恰好等于均方根噪声电流值时的输入通量，此时，其他参数，如频率温度等应加以规定。这个参数是在确定光电探测器件的探测极限(以输入通量为瓦或流明表示)时使用。⑶噪声等效功率(NEP)：或称最小可探测功率Pmin。它定义为信号功率与噪声功率之比为1(即S／N=1)时，入射到探测器上的辐射通量(单位为瓦)。即⑷探测率D：只用NEP无法比较两个不同来源的光探器的优劣。为此，引入两个新的性能参数——探测率D和比探测率D*。探测率D定义为N

7、EP（噪声等效功率）的倒数，即显然，D愈大，光电探测器的性能就愈好。探测率D所提供的信息与NEP一样，也是一项特征参数。不过它所描述的特性是：光电探测器在它的噪声电平之上产生一个可观测的电信号的本领，即光电探测器能响应的入射光功率越小，则其探测率越高。⑸归一化探测率D*：为了在不同带宽内对测得的不同的光敏面积的光电探测器件进行比较，使用了归一化探测率（比探测率）D*。⑹暗电流Id：即光电探测器在没有输入信号和背景辐射时所流过的电流(加电源时)。一般测量其直流值或平均值。1、量子效率η(λ)：在某一特定波长上每秒钟内产生的光电子数与入射光

8、量子数之比。一般η(λ)反映的是入射辐射与最初的光敏面的相互作用。若η(λ)＝1（理论上），则入射一个光量子就能发射一个电子或产生一对电子孔穴对。实际上η(λ)<1。对于有增益的光电器件，η(λ)远大于1，