S2 光电探测器件 02.ppt

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1、C2光电探测器件理学院宋旸2光电探测器件2.1光电探测器的物理效应2.2光电探测器的性能参数2.3外光电效应型光电探测器2.4内光电效应型光电探测器2.5固体成像器件2.6光电探测光源2光电探测器的性能参数22光电探测器件32.2.1光电探测器的响应特性①光谱响应率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。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42.2.1光电探测器的响应特

2、性①光谱响应率光谱的量子效率反映Rλ随波长变化的关系52.2.1光电探测器的响应特性①光谱响应率Rλm是指Rλ的最大值，Sλ为无量纲，随λ变化的曲线称为光谱响应曲线。相对光谱响应率其物理意义为光电探测敏感材料对不同波长的入射光的量子效率不同62.2.1光电探测器的响应特性光电转换α越大，光在基板表面被迅速吸收①光谱响应率72.2.1光电探测器的响应特性颜色波长/nm吸收一半光的深度/μm紫4000.093蓝4600.32绿5300.79黄5801.2橙6101.5红7003.0①光谱响应率82.2.1光电探

3、测器的响应特性光电二极管光谱响应曲线响应范围在400-1150nm峰值在800-900nm①光谱响应率92.2.1光电探测器的响应特性①光谱响应率102.2.1光电探测器的响应特性①光谱响应率11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。积分响应率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响应率（灵敏度）光功率P是指分布在某一光谱范围内的总功率。2.2.1光电探测器的响应特性②积分响应率122.2.1光电

4、探测器的响应特性③光谱匹配函数输入到光电探测器上的光辐射总功率光电探测器上对应的总输出电流132.2.1光电探测器的响应特性探测器与光源的光谱匹配函数，表示入射光功率能被响应的百分比。探测器的响应不但与探测器自身的特性有关还与所用的具体光源有关。③光谱匹配函数142.2.1光电探测器的响应特性④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灵敏度Rfif是光电流时变函数的付里叶变换，通常τ称为探测器的响应时间或时间常数，

5、由材料、结构和外电路决定。152.2.1光电探测器的响应特性④频率灵敏度Rf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下降到频率fc为探测器的截止响应频率和响应频率。从上式可见：当f

6、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2.2.1光电探测器的响应特性④频率灵敏度Rf17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2.2.1光电探测器的响应特性④频率灵敏度Rf18以u，P，λ为参变量，i＝F

7、（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线。当这些曲线给出时，灵敏度R的值就可以从曲线中求出，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。2.2.1光电探测器的响应特性192.2.1光电探测器的响应特性⑤量子效率η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。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

8、个微观参数，量子效率愈高愈好。20灵敏度R是从宏观角度描述了光电探测器的光电、光谱以及频率特性量子效率η则是对同一个问题的微观—宏观描述。量子效率和灵敏度关系对某一波长来说，其光谱量子效率：量子效率正比于灵敏度而反比于波长。2.2.1光电探测器的响应特性⑤量子效率η21从灵敏度R的定义式可见，如果P＝0，应有i=0实际情况是，当P＝0时，光电探测器的输出电流并不为零。这个电流称为暗电流或噪声电流显然，这时灵敏度R