南理工光电检测技术课程02光电检测器

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1、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。它是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。第二章、光电检测器件热电探测器特点：①响应波长无选择性，它对从可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感。②响应慢，吸收辐射产生信号需要的时间长，一般在几毫秒以上。光电探测器特点：①响应波长有选择性，存在某一截止波长λ0，超过此波长，器件没有响应。②响应快，一般在纳秒到几百微秒。1.响应度（或灵敏度)光电探测器的输出电压或电流与入射光功率之比，它描述器件的光电转换

2、效能。第一节、基本特性参数⑴光谱响应度光电探测器的输出电压或电流与入射到探测器上的单色辐射通量之比，光谱响应度愈大，表示光电探测器愈灵敏。⑵积分响应度光电探测器输出的电流或电压与入射总光通量之比称为积分响应度。积分灵敏度表示探测器对连续辐射通量的反应程度。2．响应时间当入射辐射到光电探测器后或入射辐射遮断后，光电探测器的输出上升到稳定值或下降到照射前的值所需时间称为响应时间。上升时间和下降时间3．频率响应光电探测器的响应随入射辐射的调制频率而变化的特性称为频率响应。4．暗电流Id光电探测器在没有输入信号和背景辐射时所流

3、过的电流(加电源时)。一般测量其直流值或平均值。5．信噪比(S／N)它是在负载电阻上产生的信号功率与噪声功率之比，即若用分贝(dB)表示，则为6．噪声等效功率(NEP)或称最小可探测功率Pmin。信噪比为1时，入射到探测器上的辐射通量。即一、概念题1、光电探测器的响应度（或灵敏度）2、信噪比3、最小可探测功率二、简答题热电检测器件和光电检测器件的特点是什么？第二节、真空光电探测器件光电管分真空光电管和充气光电管两种。若球内充低压惰性气体就成为充气光电管。1、结构及分类光电阴极通常采用逸出功小的光敏材料。当光线照射到光敏

4、材料上便有电子逸出，这些电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，在外电路就产生电流。若在外电路串入一定阻值的电阻，则在该电阻上的电压降或电路中的电流大小都与光强成函数关系，从而实现光电转换。2、工作原理优点：光电阴极面积大，灵敏度较高；暗电流小，最低可达10-14A；光电发射弛豫过程极短。3、优缺点缺点：真空光电管一般体积都比较大、工作电压高达百伏到数百伏、玻壳容易破碎等。目前已基本被固体光电器件所代替。建立在光电效应、二次电子发射和电子光学理论基础上的，把微弱入射光转换成光电子，并获倍增的器件。㈠、基

5、本结构与原理光入射窗口光电阴极电子光学输入系统二次发射电子倍增器阳极光窗分侧窗式和端窗式两种，它是入射光的通道。由于光窗对光的吸收与波长有关，波长越短吸收越多，所以倍增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料。1．光入射窗侧窗式端窗式2．光电阴极光电阴极由光电发射材料制作。光电发射材料大体可分为三类：纯金属材料、表面吸附一层其他元素原子的金属和半导体材料。⑴光射入物体后，物体中的电子吸收光子能量，从基态跃迁到能量高于真空能级（真空中静止电子能量）的激发态。⑵受激电子从受激地点出发，在向表面运动过程中免不了要同其它电子或晶格发

6、生碰撞，而失去一部分能量。⑶达到表面的电子，如果仍有足够的能量足以克服表面势垒对电子的束缚（即逸出功）时，即可从表面逸出。光电发射大致可分三个过程：⑴光吸收系数大，以便体内有较多的电子受到激发；⑵光电子在体内传输过程中受到的能量损失小，使其溢出深度大；⑶材料的逸出功要小，使到达真空界面的电子能够比较容易地逸出；⑷另外，作为光电阴极，其材料还要有一定的电导率，以便能够通过外电源来补充因光电发射所失去的电子。良好的光电发射材料应具备下述条件：★金属吸收效率很低；★金属中光电子逸出深度很浅，只有几纳米；★金属逸出功大多为大于

7、3eV，对λ>410nm的可见光来说，很难产生光电发射，量子效率低；金属材料是否满足良好的光电发射材料的条件？半导体材料是否满足良好的光电发射材料的条件？★光吸收系数比金属大；★体内自由电子少，散射能量变小——故量子效率比金属大；★光发射波长延伸至可见光、近红外波段。★70年代后期，发展了负电子亲和势（NEA）光电阴极，长波可至1.6μm。(1)使光电阴极发射的光电子尽可能全部会聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散电子散射掉，提高信噪比；(2)使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中有尽可能相等的渡越时间，以保证光电

8、倍增管的快速响应。光电阴极聚焦极3．电子光学系统倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成，具有使一次电子倍增的能力。因此倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。4．二次发射倍增系统阳极是采用金属网作的栅网状结构，把它置于靠近最末一级倍增极附近，用来收集最末一级倍增极发射出来的电子。光入射窗口光电阴极电