S2光电探测器件03.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外光电效应型探测器32光电探测器件32.3外光电效应型探测器2.3.1光电阴极2.3.2真空光电管2.3.3充气光电管2.3.4光电倍增管2.3.5微光通道板(通道电子倍增器)42.3.1光电阴极光电发射体：能够产生光电发射效应的物体光电发射体在光电器件中常作为阴极，即光电阴极①光电阴极主要参数1灵敏度光照灵敏度：在一定的白光(色温2856K的钨丝灯)照射下，光电阴极光电流与入射的白光光通量之比

2、，称白光灵敏度或积分灵敏度。色光灵敏度：在局部波长范围的积分灵敏度，表示在某些特定波长区域，阴极光电流与入射光的白光光通量之比。可以采用插入不同的滤光片来获得不同的光谱范围。光谱灵敏度：确定波长的单色光照射时，阴极光电流与入射的单色辐射通量之比52.3.1光电阴极①光电阴极主要参数2量子效率3光谱响应曲线表征光电阴极的光谱灵敏度或量子效率与入射波长的关系4热电子发射光电阴极中有一些电子的热能有可能大于光电阴极逸出功，产生热电子发射62.3.1光电阴极②光电阴极的分类72.3.1光电阴极③常用光电阴极材料1Ag-O-Cs银氧铯2单碱锑化物3多碱锑化物正电子亲和势(PEA)类型4负

3、电子亲和势光电阴极(NEA)电子亲和势指的是半导体导带底部到真空能级间的能量值，它表征材料在发生光电效应时，电子逸出材料的难易程度。电子亲和势越小，就越容易逸出。如果电子亲和势为零或负值，则意味着电子处于随时可以脱离的状态，用电子亲和势为负值的材料制作的光电阴极，由光子激发出的电子只要能扩散到表面就能逸出，因此灵敏度极高。82.3.1光电阴极③常用光电阴极材料4负电子亲和势光电阴极(NEA)(1)量子效率高92.3.1光电阴极③常用光电阴极材料4负电子亲和势光电阴极(NEA)(2)光谱响应率均匀，光谱响应向红外延伸PEA的阈值波长NEA的阈值波长(3)热电子发射小与光谱响应范围

4、相同的正电子亲和势的光电发射材料相比，负电子亲和势材料的禁带宽度更宽，因而热电子不容易发射(4)光电子能量集中102.3.2真空光电管高压直流放大阴极R-+光束e阳极丝抽真空真空光电管（又称电子光电管）由封装于真空管内的光电阴极和阳极构成。当入射光线穿过光窗照到光阴极上时，由于外光电效应，光电子就从极层内发射至真空。在电场的作用下，光电子在极间作加速运动,最后被高电位的阳极接收,在阳极电路内就可测出光电流，其大小取决于光照强度和光阴极的灵敏度等因素。112.3.2真空光电管中心阴极型：透明窗镀导电膜，阴极面积小，光照效率低。中心对称性好，电子运动的距离相同，运动一致性好，测量光

5、电子的速度分布。122.3.2真空光电管中心阳极型：阴极为半球面结构，中心阳极收集电子。光照面积大，空间电场分布均匀对称，电子运动路径相同，极间电容小，电子渡越时间一致性好，高频特性好。缺点是光电子接收特性差,需要较高的阳极电压132.3.2真空光电管半圆柱阴极型：收光面积大，极间电场均匀性好，电子路径一致性好。这种结构有利于增加极间绝缘性能和减少漏电流142.3.1真空光电管平行平板型：收光面积大，极间电场均匀性好，光电子从阴极飞向阳极基本上保持平行直线的轨迹。电子路径一致性好。极间电容大，时间响应特性不好。电流信号转变成电压信号，探测器形成电容，影响电信号的输出特性。152

6、.3.1真空光电管–主要参数①光照特性阳极电压U不变，辐射光谱特性给定，输出电流I与光辐射功率P的关系。P太小时：暗电流与信号电流可比，测量输出信噪比明显下降。P太大时：光电子补充困难，电子发射率降低，大电流状态下输入输出偏离线性响应，输出电流趋于饱和。电流过大，阳极层间电压下降增大，影响阳极的电荷接收率。162.3.2真空光电管–主要参数②光谱特性光辐射功率P、阳极电压U不变，输出电流I与辐射光谱的关系。172.3.2真空光电管–主要参数③伏安特性给定辐射光谱、功率，输出电流I与阳极电压V的关系。①不同的电极结构，有不同的饱和光电流。②对同一光电管，饱和光电流随入射光通量的增

7、加而增大③对于不同入射波长的光，即使光通量相同，饱和电流也不同。182.3.2真空光电管–主要参数④时间（频率）特性输出信号电压一般规定，下降到频率为探测器的截止响应频率和响应频率。192.3.2真空光电管–主要参数⑤稳定性时间稳定性疲劳：长时间连续使用时灵敏度下降；强光作用灵敏度下降。黑暗中久置，在一定程度上能够恢复。衰老：阴极材料分解。真空程度下降，气壁上气体释放。温度稳定性稳定。产生不可逆转的衰老阴极面层电阻增大，灵敏度下降202.3.3充气光电管充气光电管（又称离子光电管）由封装于充