光电探测器的性能与参数

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1、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真空光电管光电倍增管充气光电管像增强器本征型掺杂型非放大放大型摄像管光电三极管光敏电阻红外探测器光电池变像管光电二极管光电场效应管雪崩型光电二极管共28页1UPDOWN²BACKLaser光电探测器Laser夜色降临，海面上有一无形的，视而不见，触而不觉的哨兵--红外激光探测器监视着海面，当有不速之客到来，光线挡断，光电探测器探测不到激光而进行声光报警。共28页2UPDOWN²BACK光电探测器在军事和国

2、民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。（1）如何衡量一个光电探测器的质量好坏？（2）选择一个好的光电探测器需要注意哪些关键指标？光电倍增管共28页3UPDOWN²BACK4.2光电探测器的性能参数光电倍增管共28页4UPDOWN²BACK一、积分灵敏度R灵敏度也常称作响应度，是光电探测器光电转换特性，光电转换的光谱特性以及频率特性的量度。光电流i(或光电压u)和入射光功率P之间的关系i＝f(P)，称为探测器的

3、光电特性。灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即diiRi(线性区内)(安/瓦)有些教材dPP采用微安duu/流明Ru(线性区内)(伏/瓦)dPPRi和Ru分别称为积分电流和积分电压灵敏度，i和u称为电表测量的电流、电压有效值。光功率P是指分布在某一光谱范围内的总功率。共28页5UPDOWN²BACK二、光谱灵敏度Rλ光功率谱密度Pλ由于光电探测器的光谱选择性，在其它条件下不变的情况下，光电流将是光波长的函数，记为iλ，于是光谱灵敏度Rλ定义为iR1dPRλ是常数时，相应探测器称为无选择性探测器(如光热探测器

4、)，光子探测器则是选择性探测器。通常给出的是相对光谱灵敏度Sλ定义为SR/R(2)mRλm是指Rλ的最大值，Sλ为无量纲，随λ变化的曲线称为光谱灵敏度曲线。共28页6UPDOWN²BACK引入相对光谱功率密度函数，它的定义为P'f'(3)P'm把(2)和(3)式代入(1)式，只要注意到dPPd'''dP变化量'和diid就有diSRPfd'dm'm'积分上式，有idi[SRPfd']dm'm'00f'd'0RdPSfd'm'

5、m0'fd''0共28页7UPDOWN²BACK1fd'Pd'P/P式中0'P0''m'm并注意到RRdimmsfd''0f由此便得S'1.0ifd''RRdKRK0mimPSfd'式中'0Kfd''0称为光谱利用率系数，为入射光功率能被响应的百分比。共28页8UPDOWN²BACK三、频率灵敏度Rf(响应频率fc和响应时间t)若入射光是强度调制，在其它条件不变下，光电流if将随调频f的升高而下降，这时的灵敏度称为频率

6、灵敏度Rf，if定义为RfPif是光电流时变函数的付里叶变换，通常if0if21(2f)τ称为探测器的响应时间或时间常数，由材料、结构和外电路决定。共28页9UPDOWN²BACKRR0频率灵敏度f21(2f)这就是探测器的频率特性，Rf随f升高而下降的速度与τ值大小关系很大。一般规定，Rf下降到R/20.707R00频率fc为探测器的截止响应频率和响应频率。1从上式可见：fc2当f

7、WN²BACK例如：德国AdvancedLaserDiodeSystems公司提供带宽可达35GHz、响应频率范围覆盖400nm到1.6μm的高速光电二极管。该光电二极管采用MSM（金属-半导体-金属）的结构，具有非常低的电容、电阻，因而具有极高的响应速度。其冲击响应振荡极小，常适于高速光源时间或频率特性探测。光纤耦合自由光输入共28页11UPDOWN²BACK探测器对突然光照的输出电流，要经过一定时间才能上升到与这一辐射功率相应的稳定值i。当辐射突然降去后，输出电流也需要经过一定时间才能下降到零。一般而论，上升和下降时间

8、相等，时间常数近似地由1fc2决定。光电流是两端电压u、光功率P、光波长λ和光强调制频率f的函数，即iF(u,P,,f)共28页12UPDOWN²BACK以u，P，λ为参变量，i＝F（f）的关系称为光电频率特性，相应的曲线称为频率特性曲线。同样，i=F(P)及曲线称为光电特性曲线。i＝F(λ)