第3章 光电检测技术ppt课件.ppt

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1、第三章光电检测器件光电检测器件光子器件热电器件真空器件固体器件光电管光电倍增管真空摄像管变像管像增强管光敏电阻光电池光电二极管光电三极管光纤传感器电荷耦合器件CCD热电偶/热电堆热辐射计/热敏电阻热释电探测器光子器件热电器件响应波长有选择性，一般有截止波长，超过该波长，器件无响应响应波长无选择性，对可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感响应快，吸收辐射产生信号需要的时间短，一般为纳秒到几百微秒响应慢，一般为几毫秒1.器件的结构和工作原理2.器件的特性参数3.器件的应用本章重点：3.1光电检测器件的基本特性参数

2、3.1.1响应特性1.响应度:是光电探测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。描述的是光电探测器件的光电转换效率2.光谱响应度：探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入射的单色光功率之比3.积分响应度：检测器对各种波长光连续辐射量的反应程度4.响应时间：描述光电探测器对入射光响应快慢的一个参数5.频率响应：光电探测器的响应随入射光的调制频率而变化的特性称为频率响应3.1.2光电检测器件的噪声1.热噪声:称约翰逊噪声，即载流子无规则的热运动造成的噪声2.散粒噪声：穿越势垒的载流子的随机涨落所造成的噪声

3、3.产生-复合噪声：载流子的产生率和复合率在某个时间间隔会在平均值上下起伏，这种起伏引起的载流子浓度的起伏产生均方噪声电流4.1/f噪声：闪烁噪声或低频噪声3.1.3衡量噪声的参数1.信噪比（S/N）:负载电阻上信号功率与噪声功率之比2.等效噪声功率（NEP）：信号功率与噪声功率比为1（SNR=1）时，入射到探测器件上的辐射通量(单位为瓦)3.探测率与归一化探测率：探测率D定义为噪声等效功率的倒数4.暗电流：光电检测期间仅在加电源时，而没有输入信号和背景辐射时所流过的电流3.1.4其他参数1.量子效率：在某一

4、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2.线性度：描述光电探测器输出信号与输入信号保持线性关系的程度非线性误差:δ＝Δmax/(I2–I1)Δmax：实际响应曲线与拟合曲线之间的最大偏差I2和I1：分别为线性区中最小和最大响应值3.工作温度：光电探测器最佳工作状态时的温度3.2真空光电探测器件3.2.1光电发射材料1)光电发射材料的类型及其应具备的条件光吸收系数大光电在在体内传输过程中收到的能量损失小表面势垒低，表面逸出率大2)光电发射阴极材料(1)单碱与多碱锑化物光阴极(2)银氧铯与铋银氧铯光

5、阴极(3)紫外光电阴极(4)负电子亲和势图3-1集中光电阴极材料的光谱响应3.2.2光电倍增管（PMT）图3-2光电倍增管工作原理示意图1)PMT的基本原理光入射窗、光电阴极、电子光学系统、二次发射倍增系统、阳极2)光电倍增管结构(1)PMT的入射窗结构端面窗侧面窗(2)光电阴极半透明型反射型(3)电子光学系统(4)倍增级结构聚集型非聚集型常用倍增级材料：锑化铯（CsSb）材料氧化的银镁合金材料铜-铍合金（铍的含量为2%）负电子亲和势材料GaP[Cs](5)阳极结构栅网状阳极图3-3光电倍增管结构图(a)百叶

6、窗倍增级(b)盒栅倍增级(c)瓦片倍增级(d)圆形鼠笼3)PMT的基本特性参数(1)光谱响应度(2)放大倍数(3)暗电流光电倍增管的暗电流是指无光照时（加有电源），光电倍增管的输出电流a.光电阴极和第一倍增级的热电子发射b.级间漏电流c.离子和光的反馈作用d.场致发射e.放射性同位素和宇宙射线的影响主要暗电流源(4)伏安特性(5)时间特性和频率响应特性；（6）PMT的噪声图3-4PMT阳极伏安特性Φ3>Φ2>Φ14)PMT的供电电路图3-5PMT电阻链分压型供电电路5）光电倍增管的应用3.3半导体光电导型检测

7、器件3.3.1光敏电阻的结构与工作原理1)光敏电阻的结构图3-6光敏电阻结构示意图(a)梳状结构(b)蛇形结构(c)刻线式结构1-光电导材料2-电极3-衬底材料2)光敏电阻的基本工作原理图3-7光敏电阻原理及符号价带导带电子空穴Eg价带导带电子空穴ΔＥ施主图3-8本征半导体与杂质半导体3.3.2光敏电阻特性参数1)光电导增益2)光电导灵敏度图3-9光敏电阻的光谱特性3)光电特性图3-10CdS光敏电阻的光照特性什么是欧姆接触？4)伏安特性图3-11光敏电阻的伏安特性5)温度特性图3-12光敏电阻的温度特性6)

8、频率响应1.硒2.硫化镉3.硫化铊4.硫化铅图3-13光敏电阻的频率特性曲线1）照明灯自动控制电路3.3.3光敏电阻的应用图3-14照明灯自动控制电路K220V灯常闭CdS2）火焰探测报警图3-15火焰探测报警器电路图作业题：1.设某光敏电阻在100lx的光照下的阻值为2kΩ，且，已知它在90~120lx范围内的γ=0.9，试求该光敏电阻在110lx光照下的阻值？2.在如图2-13所示的恒流偏置电路