光电探测器的物理效应

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1、光源传输调制探测1、在远离家时如何防盗并报警？2、在太空中靠什么拍摄出清晰图片？3、在大型石化工厂中如何发现险情并及时处理？嫦娥1号卫星第4章光辐射的探测技术§4.1光电探测器(Detector)的物理效应光电探测器：对各种光辐射进行接收和探测的器件热探测器光子探测器光辐射量光电探测器电量光电倍增管探测器件热电探测元件光子探测元件气体光电探测元件外光电效应内光电效应非放大型放大型光电导探测器光磁电探测器光生伏特探测器本征型掺杂型非放大放大型真空光电管充气光电管光电倍增管变像管摄像管像增强器光敏电阻红外探测

2、器光电池光电二极管光电三极管光电场效应管雪崩型光电二极管一、光子效应和光热效应光子效应(photoniceffect)指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小直接影响内部电子状态的改变。特点对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。例如:光子效应在光电池等中体现光热效应(photothermaleffect)探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温

3、度上升，温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。特点原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。例如：家庭式热释电红外探测器二、光电发射效应光电发射效应：光电发射体的功函数电子离开发射体表面时的动能在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象。光电发射体能产生光电发射效应的物体，在光电管中又称为光阴极。爱因斯坦方程截止频率截止波长三、光电导效应光电导现象——半导体材料的“体”效应本征半导体光

4、电导过程光辐射照射外加电压的半导体，如果光波长λ满足如下条件：是禁带宽度是杂质能带宽度光敏电阻光子将在其中激发出新的载流子(电子和空穴)。这就使半导体中的载流子浓度在原来平衡值上增加了变化量这个新增加的部分在半导体物理中叫非平衡载流子-光生载流子。显然，这两个变化量将使半导体的电导增加一个量，我们称之为光电导。相应和杂质半导体就分别称为本征光电导和杂质光电导。四、光伏效应光伏现象——半导体材料的“结”效应例如：雪崩二极管光照零偏pn结产生开路电压的效应光照反偏光伏效应光电池光电信号是光电流结型光电探测器的

5、工作原理光电二极管五、温差电效应当两种不同的配偶材料（可以是金属或半导体）两端并联熔接时，如果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为温差电动势。提高测量灵敏度——若干个热电偶串联起来使用——热电堆地磁场的起源六、热释电效应热释电材料——电介质一种结晶对称性很差的压电晶体在常态下具有自发电极化(即固有电偶极矩)热电体的

6、

7、决定了面电荷密度的大小，当发生变化时，面电荷密度也跟着变化

8、

9、值是温度的函数——温度升高——

10、

11、减小。升高到Tc值时，自发极化突然消失，TC称为居里温度热释电体表面附近的自由电荷

12、对面电荷的中和作用比较缓慢，一般在1～1000秒量级热释电探测器是一种交流或瞬时响应的器件。七、光电转换定律光辐射量转换为光电流量的过程——光电转换D—探测器的光电转换因子光子电极电极耗尽层SiO2p+nn+——探测器的量子效率光电转换定律：**光功率P正比于光电场的平方——平方律探测器——非线性器件(本质)。*光电探测器对入射功率响应(光电流)——一个光子探测器可视为一个电流源。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

13、各种波长的辐射同样敏感响应快，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，一般为几毫秒知识巩固光与物质的作用实质是光子与电子的作用，电子吸收光子的能量后，改变了电子的运动规律。由于物质的结构和物理性能不同，以及光和物质的作用条件不同，在光子作用下产生的载流子就有不同的规律，因而导致了不同的光电效应。以下是属于内光电效应的有（）。A、光电发射效应B、光电导效应C、光生伏特效应D、光磁效应BCD知识巩固在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于()A、外光电效应B、内光电效应C、光电发射D、光导

14、效应BD知识巩固以下几种探测器属于热探测器的有：（）。A、热电偶型B、热释电型C、高莱气动型D、热敏电阻型ABCD课后作业：P1614.1，4.2