光电检测312011探测器性能参数光电子器件.ppt

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1、第二章光辐射探测器光电探测器的分类:基于光电效应原理的光子探测器⑴光电子发射探测器⑵光伏探测器、⑶光电导探测器特点：探测灵敏度高（探测能力，响应波长范围，响应速度）对波长探测选择敏感；多数工作在低温环境下光电探测器的分类基于光热－热电效应原理的探测器⑴热电偶探测器⑵热敏电阻探测器⑶热释电探测器特点：探测灵敏度较低（探测能力，响应波长范围，响应速度）对波长探测选择不敏感；多数工作在室温环境下一)探测器的灵敏度特性⑴探测器的量子效率2.1探测器的性能参数⑵响应度在入射辐射垂直投射到探测器响应平面时Rbb(Tb,f,Δf)黑体辐射R(λ,f,Δf)单色光辐射3）噪声

2、等效功率4）探测度D和归一化探测度D*A：探测器面积，△f：放大器带宽5)探测器的光谱响应探测器的光谱响应是指探测器灵敏度与波长间的关系，如：R(f,λ)∽λ;D*(λ,f)∽λ等6）探测器的频率响应fcfR(f)0.707R(0)RV(λ)λ/μmR(0)：无调制时的直流相应7）探测器的响应时间当t=τ当t=τ二）噪声的统计描述和探测器噪声1）噪声的概念和分类噪声是有用信号以外的无用信号，噪声是一种随机信号，不可预知它的精确大小，但有其统计规律，只能用统计的理论和方法处理。系统外部噪声由系统外部产生系统内部噪声由系统内部元件、电路产生按噪声的波形特征及变化规

3、律分脉冲噪声和连续性噪声，周期性噪声和非周期性噪声，平稳性噪声和非平稳性噪声；按噪声的幅度和频谱分布状况分有高斯噪声和白噪声。二）探测器的噪声（1）散粒噪声（散弹噪声）半导体中的产生－复合噪声噪声带宽：fR(f)R(0)Δf0.707R(0)探测器或电路的电流的微粒流随机起伏引起的噪声（2）热噪声（过剩噪声）（3）温度噪声（热探测器）（4）闪烁噪声（电流噪声、低频噪声,1/f噪声）α≈2，β≈0.8~1.5由于导体中电子的无规则热运动，产生的电流随机起伏引起的噪声由于环境或器件温度的随机起伏引起的噪声与光辐射的调制频率有关，与f成反比热导3）高斯噪声和白噪声高

4、斯噪声噪声强度具有高斯分布的噪声白噪声P(x)xσσm噪声功率谱按频率均匀分布在整个频率区间的噪声，其功率谱记为：ω1）几何参数视场角和立体角(致冷探测器和具有浸没透镜探测器）定义权重立体角（θ是入射角）：响应元的中心对光阑的张角的余弦标称面积An:厂商提供面积选用面积As:转换能量的实际面积有效面积Ae:整体响应灵敏度与其最大值之比三）探测器的几何参数和使用参数2）探测器的电参数阻抗偏置工作电压：必须加偏压；无偏压（按工作原理不同）3）使用条件工作温度：为提高灵敏度，减低噪声，室温；低温不同的探测器阻抗不同，要和放大器匹配光电子发射探测器真空光电二极管光电倍

5、增管电子倍增器和微通道板2.2光电子发射探测器1）金属光电子发射在某热平衡温度下，金属中处在费米能级E=EF上的电子，吸收光子能量hν后，除去散射能量损失ΔE,还克服表面势垒EA的能量，逸出金属表面的现象光电子所具有的最大动能，光电子发射的辐射极限频率如果EF=0,2）半导体的光电子发射本征半导体的能带结构W0=hν0=Eg+EAE0Eg-EF价带导带W0EAE0EVEC禁带杂质半导体的能带结构N半导体Wn0=EA+ΔEnP半导体Wp0=EA+Eg-ΔEp-EFpWn0EgE0价带导带Wp0EAE0EVEC禁带-EFnΔEpΔEn受主能级施主能级杂质半导体的能

6、带结构-EFpWn0EgE0价带导带Wp0EAE0EVEC禁带-EFnΔEpΔEnEA材料的亲和势负亲合势复合半导体CsGaAsEvEcEFE0Cs2OEcEfEvEFEvEcE0EcEvGaAsCsCs2O体内导带底-EA两种材料未接触前的能带结构两种材料接触后的能带结构形成了负电子亲合势(-EA)价带价带光电阴极的性能参数（1）光照灵敏度阴极输出光电流与输入光通量之比光谱灵敏度（2）量子效率常用光电发射材料光谱响应编号光电发射阴极材料光电管窗口材料工作方式半透式T反射式R峰值响应波长(nm)光电积分灵敏度(A/Lm)峰值波长光谱灵敏度mA/W峰值波长量子效

7、率η%25℃时暗电流A/cm2S-1S-3S-4S-5S-8S-9S-10S-11S-13S-14S-16S-20S-25Ag-O-CsAg-O-RbCs-SbCs-SbCs-BiCs-SbAg-BiO-CsCs-SbCs-SbGeCdSeSb-K-Na-CsSb-Na-K-Cs石灰玻璃石灰玻璃石灰玻璃9471玻璃石灰玻璃7052玻璃7052玻璃7052玻璃熔融石英石灰玻璃石灰玻璃石灰玻璃石灰玻璃T,RRRRRTTTTRR8004204003403654804504404401500730420420306.54040330407060124001502002

8、.81.840502.320.5205