光探测器噪声

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1、光探测器噪声郭丹一、定义：光电探测器在光电转换时，要受到无用信号的干扰，称为光电探测器的噪声。噪声概念探测器放大器示波器(a)(b)(c)光二、噪声的度量：噪声实质上就是某个物理量围绕其平均值的涨落现象。研究噪声一般采用长周期测定其均方值(即噪声功率)的方法。我们一般采用先计算噪声电压(电流)的平方值，然后将其对时间作平均，来求噪声电压(电流)的均方值。噪声功率谱N（f）：表示噪声功率随频率的变化关系。白噪声1/f噪声三、按照噪声的产生，可分为：光探测器中的噪声依据噪声产生的物理原因，光电探测器的噪声主要为散粒噪声、1/f噪声、

2、产生—复合噪声、热噪声和温度噪声。在光电转换过程中，半导体中的电子从价带跃迁到导带，或者电子逸出材料表面等过程，都是一系列独立事件，是一种随机的过程。每一瞬间出现多少载流子是不确定的，所以随机的起伏将不可避免地与信号同时出现。尤其在信号较弱时，光电探测器的噪声会显著地影响信号探测的准确性。热噪声一、产生原因：由于载流子的热运动而引起的电流或电压的随机起伏。这种噪声存在于任何半导体和导体中。二、度量：三、特点：热噪声起源于热平衡条件下电子的粒子性，因而依赖于kT。热噪声属于白噪声。降低温度和通带，可以减少噪声功率。散粒噪声一、产生

3、原因：探测器的散粒噪声是由于探测器在光辐射作用或热激发下，光电子或光生载流子的随机产生所造成的。由于随机起伏是一个一个的带电粒子或电子引起的，所以称为散粒噪声。这种噪声存在于所有光电探测器中。二、度量：式中q为电子电荷，I为器件输出的平均电流。三、特点：散粒噪声直接起源于电子的粒子性，因而与e直接有关。散粒噪声也是白噪声，与频率无关。产生－复合噪声一、产生原因：半导体中由于载流子产生与复合的随机性而引起的平均载流子浓度的起伏所产生的噪声称为产生—复合噪声。产生—复合噪声主要存在于光电导探测器中。二、度量：式中I为总的平均电流，N

4、0为自由载流子数，f为测量噪声的频率。1/f噪声一、产生原因：这种噪声是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。几乎在所有探测器中都存在这种噪声。它主要出现在大约1KHz以下的低频频域，而且与光辐射的调制频率f成反比，故称为低频噪声或1/f噪声。实验发现，探测器表面的工艺状态(缺陷或不均匀等)对这种噪声的影响很大，这种噪声的功率谱近似与频率成反比。二、度量：式中接近于2，取0.8-1.5，c是比例常数。三、特点：主要出现在lkHz以下的低频区。一般说，只要限制低频端的

5、调制频率不低于1千赫兹，这种噪声就可以防止。温度噪声一、产生原因：当外界环境中的温度恒定，在辐射信号没有发生变化时，由于器件本身存在吸收和传导等热交换，这种由温度起伏引起的热探测器输出起伏称为温度噪声。二、度量：式中为器件的热导，为器件的热时间常数，为器件的热容，T为周围温度。三、特点：温度噪声功率与热导成正比，与探测器工作温度的平方成正比。温度噪声主要存在于热探测器中。它最终限制了热探测器所探测的最小辐射能量。噪声分布谢谢！