光电探测器的性能参数

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1、《光电子技术》PhotoelectronicTechnique光电探测器的性能参数周自刚Laser光电探测器夜色降临，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。Laser光电探测器在军事和国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？光电倍增管本讲主要内容一、积分灵敏度R二、光谱灵敏度Rλ三、频率灵敏

2、度Rf四、量子效率η六、噪声等效功率NEP七、归一化探测度D*五、通量阈Pth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)，称为探测器的光电特性。一、积分灵敏度R30灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即(线性区内)(安/瓦)(线性区内)(伏/瓦)Ri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。有些教材采用微安/流明一、积分灵敏度R29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

3、数，记为iλ，于是光谱灵敏度Rλ定义为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)，光子探测器则是选择性探测器。二、光谱灵敏度Rλ28通常给出的是相对光谱灵敏度Sλ定义为Rλm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。二、光谱灵敏度Rλ27引入相对光谱功率密度函数，它的定义为只要注意到和就有积分上式，有变化量二、光谱灵敏度Rλ26式中0.1并注意到由此便得式中称为光谱利用率系数，为入射光功率能被响应的百分比。二、光谱灵敏度Rλ25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灵敏度Rf，定义为if是光电流时变

4、函数的付里叶变换，通常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。三、频率灵敏度Rf24频率灵敏度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下降到从上式可见：当f

5、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三、频率灵敏度Rf22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，上升和下降时间相等，时间常数近似地由决定。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，即三、频率灵敏度Rf21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)及其曲线称为光谱特性曲线。而i＝F(u)及其曲线称为伏安特性曲

6、线。当这些曲线给出时，灵敏度R的值就可以从曲线中求出，而且还可以利用这些曲线，尤其是伏安特性曲线来设计探测器的使用电路。三、频率灵敏度Rf20量子效率：在某一特定波长上，每秒钟内产生的光电子数与入射光量子数之比。四、量子效率η对理想的探测器，入射一个光量子发射一个电子，=1实际上，<1量子效率是一个微观参数，量子效率愈高愈好。19如果说灵敏度R是从宏观角度描述了光电探测器的光电、光谱以及频率特性，那么量子效率η则是对同一个问题的微观—宏观描述。这里给出量子效率和灵敏度关系对某一波长来说，其光谱量子效率：c是材料中的光速。量子效率正比于灵敏度而反比于波长。四、量子效率η18量子效率:内量子

7、效率、外量子效率和外微分量子效率。(1)功率效率半导体激光器把电功率转化为光功率发射出去，用功率效率和量子效率来衡量激光器转换效率的高低。功率效率定义为为辐射的光功率；为注入的电功率。四、量子效率η17内量子效率定义为式中，为有源区内每秒产生的光子数；为有源区内每秒注入的电子-空穴对数。由于有源区内电子-空穴的复合分为辐射复合和非辐射复合，辐射复合后发射光子，非辐射复合的能量以声子形式释放，转换为晶格的振动。