_第4章+光电探测器概述及光电导探测器

《_第4章+光电探测器概述及光电导探测器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、光电检测技术LOGOwww.themegallery.com成都信息工程学院光电技术学院第4章光电探测器概述及光电导探测器光电探测器的特性参数光电导探测器光敏电阻偏臵电路光敏电阻应用实例成都信息工程学院光电技术学院2一、光电探测器的特性参数光探测器的物理基础光探测器的物理效应通常分为两类：光电效应和光热效应。（a）光电效应效应相应的探测器光阴极发射光电子光电管外光电效应光电子倍增光电倍增管打拿极倍增像增强器光电导（本征或非本征）光电管或光敏电阻光生伏特光电池pn结和pin结（反偏）光电二极管内光电效应雪崩、肖特基势垒雪崩光电二极管光电磁光电磁探测器光

2、子牵引光子牵引探测器（b）光热效应效应相应的探测器测辐射热计热敏电阻测辐热计负电阻温度系数金属测辐射热计正电阻温度系数超导远红外探测器温差电热电偶、热电堆热释电成都信息工程学院光电技术学院热释电探测器3一、光电探测器的特性参数光电转换定律光电探测器的作用是将光辐射能转换成易于测量的电学量，所以光电探测器实质上是一种光－电转换器件。考虑能量为的光子入射到光电探测器上所产生的光电流，如果光子能量大于探测器材料的禁带宽度，在观察时间t内，它产生的平均光电子数为N，则根据量子理论分析的结果，N与入射的平均光辐射能量成正比，即NQt/)(h而入射的瞬

3、时光辐射能量为：t0tQt)(Pt)(dtt0成都信息工程学院光电技术学院4一、光电探测器的特性参数式中，P(t)是光辐射的瞬时功率。一般来说，它是一个随机量，如果P(t)在观察时间t内没有明显的改变，则W(t)P(t)t。由此可得光电探测器输出的平均光电流表达式：eKeeIPt)(PPthh式中P为入射光辐射的平均功率。此式描述了光－电转换的基本定律。从光电转换定律可知：①光电探测器输出的光电流与入射平均光功率成正比，因此，一个光子探测器可视为一个电流源。②由于平均光功率与光电场强度的平方成正比，所以光电探测器输出的光

4、电流也与光电场强度的平方成正比。也就是说，光电探测器的响应具有平方律特性。因此，通常称光电探测器为平方律探测器，或者说，光电探测器本质上是一个非线性器件。成都信息工程学院光电技术学院5一、光电探测器的特性参数光探测器性能参数1．量子效率η光电探测器吸收光子产生光电子，光电子形成电流。I=αр=（ηe/hυ）Pα：光电转换因子，α=ηe/hυ；P/hυ：单位时间内入射到探测器表面的光子数I/e：单位时间内被光子激励的光电子数η=Ihυ/ep：单位时间内探测器传输出的光电子数与入射到探测器表面的光子数之比。对于理想的探测器，η=1，实际上η<1。显然，量

5、子效率越高越好，量子效率是一个微观参数。例：设某光电阴极的量子效率为25%，输入光的波长为.135m且已知入射光功率P2mW，试计算该光电阴极输出信号光电流的大小。IPq/hc.054mA成都信息工程学院光电技术学院6一、光电探测器的特性参数2.光电特性和光照特性光电特性——当光电器件上的电压一定时，光电流与入射在光电器件上的光通量之间的关系。光照特性——光电流与入射在光电器件上的光照度之间的关系。线性度——探测器的输出光电流与输入光的辐射通量成比例的程度和范围。线性区的下限由暗电流和噪声等因素决定，而上限通常由饱和效应

6、可过载决定。成都信息工程学院光电技术学院7一、光电探测器的特性参数3.光谱特性光电流或输出电压与入射光波长之间的关系。光谱响应度：就是指不同波长处的响应能力，又称为光谱灵敏度。如果探测器对波长为λ的光辐射通量Φ产生的输出电流为Ip，则其光谱响应度为：I()pS()I()e类似有：V()pS()V()成都信息工程学院光电技术学院e8一、光电探测器的特性参数4.等效噪声功率和探测率探测器无信号输入时，也会有噪声输出。若假设此有效噪声值是相当功率的输入信号造成的，则此功率值可作为探测器的噪声水平的衡量。IIIINNNNNEPNEP

7、SIPSVPIpVp•是可测的信号功率最小值；•是单位信噪比的入射光功率；•NEP越小，探测器越灵敏。成都信息工程学院光电技术学院9一、光电探测器的特性参数•用NEP的倒数作为衡量探测器最小可探测能力的参数，是单位入射功率相应的信噪比，并称之为探测度：D1NEP为对不同面积和不同工作带宽的器件进行比较，因此引入归一化探测率D*（比探测率），其值为DDAf式中A为器件接收面积，Δf为工作带宽。D越高，探测器的灵敏度越高，性能越好。成都信息工程学院光电技术学院10一、光电探测器的特性参数5.响应时间探测器对变化信号响应快慢的能力。当光辐射

8、突然照射或消失时，探测器的输出信号不会立即到达最大值或下降为零，而是出现变化缓慢的上升沿和下降沿。上升或下降