光电测试技术4

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1、光电测试技术第四章光电测试常用器件光电器件的类型与特点光电器件的基本特性参数半导体光电器件光电导器件—光敏电阻光伏器件光电池光电二极管/三极管真空光电器件光电管光电倍增管热电检测器件热敏电阻热电偶和热电堆热释电探测器件1光电器件的类型与特点光电效应：光照射到物体表面上使物体的电学特性发生变化．光电子发射：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物．光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少．光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触上时，会在PN结或金属—半导体接触的两

2、侧产生光生电动势。光电检测器件的类型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.光电检测器件分为两大类:光子(光电子)检测器件热电检测器件不同之处：对光信号的响应无波长选择性光电检测器件光子器件热电器件真空器件固体器件光电管光电倍增管真空摄像管变像管像增强管光敏电阻光电池光电二极管光电三极管光纤传感器电荷耦合器件CCD热电偶/热电堆热辐射计/热敏电阻热释电探测器光电检测器件的特点光子器件热电器件响应波长有选择性，一般有截止波长，超过该波长，器件无响应。响应波长无选择性，对可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感响应

3、快，吸收辐射产生信号需要的时间短，一般为纳秒到几百微秒响应慢，一般为几毫秒3.2器件的基本特性参数响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度一、响应特性１．响应度（或称灵敏度）：是光电探测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。描述的是光电探测器件的光电转换效率。响应度是随入射光波长变化而变化的响应度分电压响应率和电流响应率电压响应率光电探测器件输出电压与入射光功率之比电流响应率光电探测器件输出电流与入射光功率之比２．光谱响应度：即单色灵敏度探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入射的单色光功率之比．３．积分响应度：检测器对

4、各种波长光连续辐射量的反应程度．４．响应时间：响应时间τ是描述光电探测器对入射光响应快慢的一个参数上升时间：入射光照射到光电探测器后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间。表示时间响应选择性的方法：脉冲响应特性法入射光亮度阶跃信号频率响应特性法入射光辐射的调制频率光电探测器响应率与入射调制频率的关系为调制频率为f时的响应率为调制频率为零时的响应率为时间常数（等于RC）５．频率响应：光电探测器的响应随入射光的调制频率而变化的特性称为频率响应．由于光电探测器信号产生

5、和消失存在着一个滞后过程，所以入射光的调制频率对光电探测器的响应会有较大的影响。：上限截止频率时间常数决定了光电探测器频率响应的带宽返回二、噪声特性在一定波长的光照下光电探测器输出的电信号并不是平直的，而是在平均值上下随机地起伏，它实质上就是物理量围绕其平均值的涨落现象。用均方噪声来表示噪声值大小噪声在实际的光电探测系统中是极其有害的。由于噪声总是与有用信号混在一起，因而影响对信号特别是微弱信号的正确探测。一个光电探测系统的极限探测能力往往受探测系统的噪声所限制。所以在精密测量、通信、自动控制等领域，减小和消除噪声是十分重要的问

6、题。光电探测器常见的噪声热噪声散粒噪声产生-复合噪声1/f噪声1、热噪声或称约翰逊噪声，即载流子无规则的热运动造成的噪声。导体或半导体中每一电子都携带着电子电量作随机运动(相当于微电脉冲)，尽管其平均值为零，但瞬时电流扰动在导体两端会产生一个均方根电压，称为热噪声电压。热噪声存在于任何电阻中，热噪声与温度成正比，与频率无关，热噪声又称为白噪声一些经济的甲类功放在刚开机时，喇叭一片宁静，而升温发热后，噪声就出来了，由于和“热”有关系，人们认为这是“热噪声”。热噪声是指在高于临界温度时，放大器内阻容元件的本底噪声和晶体管的内部散弹噪

7、声，实际上这些“声音”还不能让喇叭工作，那么这些可闻噪声又是从何而来的呢？功放冷态时各级静态电流较小，电源负载较轻，电源纹波和噪波非常小，而达热稳态后，静态电流可增大十倍以上，电源负载加重，纹波和噪波也变得较大，噪声自然就出来了。要证明这一点很容易：1．将电压放大级单独用稳压电源供电，可明显降低“热噪声”，如果已用了稳压电源单独供电，不妨换上容量更大的优质稳压电源；2．用电瓶供电，你会惊奇地发现此时“热噪声”也无影无踪。另外，变压器在负载加重后，其振动和杂散磁场也会增大，对噪声的增大也有“帮助”。因此所谓的“热”噪声和温度确实有

8、关系，但实质主要是电源纹波所致。2、散粒噪声散粒噪声：入射到光探测器表面的光子是随机的，光电子从光电阴极表面逸出是随机的，PN结中通过结区的载流子数也是随机的。散粒噪声也是白噪声，与频率无关。散粒噪声是光电探测器的固有特性，对大多数光电探测器的研究表明：散粒噪声