第二章光电探测器概述ppt课件.ppt

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1、§2-1光电探测器简况与分类光辐射测量方法人眼照片胶片光电探测器光探测器一、前言光探测器定义把光辐射转换成另一种便于测量的物理量的器件。由于电量是最便于测量和处理的量，将光转换成电量便于提高精确度。转换产生了光电探测器D（detector）电量光辐射量光电探测器定义把光辐射转换成电量（I或V）的光探测器因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应1905年爱因斯坦发表的相对论而闻名于世1925年他获得诺贝尔奖是因发现光电效应光热效应D光子效应D金属或半导体受光照时，如果入射的光子能量hν足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子从材料表面逸出的现象，也称

2、为外光电效应热释电温差电测辐射热当光照物体时，光电子不逸出体外的光电效应称为内光电效应单个光子直接对产生光电子起作用的光电效应光照使材料产生产生光生电动势光电管、光电倍增管探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而把吸收的光能转变为晶格热运动，引起探测元件温度上升；温升使探测元件的电学性质发生变化二、光电探测器的物理效应分类光电探测器外光电效应内光电效应光电发射效应光电导光敏电阻、光导管光生伏特光电池、光电二极管热敏电阻、测辐射热计热电偶，热电堆热释电探测器当光照射到物体上使物体向真空中发射电子光照使材料的电导率发生变化光子效应D光子

3、效应光子效应单个光子直接对产生光电子起作用的光电效应光子hν→光电子e特点光子与电子相互作用，对光波频率吸收有选择性响应速度快光热效应光热效应探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而把吸收的光能转变为晶格热运动，引起探测元件温度上升；温升使探测元件的电学性质发生变化。物理机理：热积累↑→温度↑→材料电学性质变化特点对光波频率的吸收无选择性响应速度慢（但热释电D响应快）光电探测器实现光电转换过程。（光辐射量转换成光电流量）光电探测器光辐射量输入输出光电流量三、光电转换定律光通量Ф（t）→P(t)光能量→E光通量（功率）光生电荷量→Q光

4、电流（1）（2）输入的光子数输出的光电子数（2）÷（1）得——光电转换定律★★★量子效率令:光电转换因子D=结论①光电探测器对入射光通量（功率）有光电流输出，所以探测器可视为电流源。②因为光通量P(t)正比于光电场的平方，故称光电探测器为平方律探测器（非线性器件）。设计光电探测系统时，应该选择什么光电探测器呢？依据之一是光电探测器的性能参量。①如在卫星上，要求探测器灵敏度高、功率低、重量轻。②在通信中,要求响应速度快、噪声低、可靠性高。§2-2光电探测器的性能参数一、光电探测器的主要特性和工作条件1．光电特性:I(t)[光电流]＝F(P)[光通量]2．

5、光谱特性:I(t)[光电流]＝F(λ)[入射光波长]4．伏安特性:I(t)[光电流]＝F(Ｕ)[电压]3．频率特性:I(t)[光电流]＝F(f)[入射光调制频率]2.电路的通频带和带宽:描述探测器的性能时,必须明确通频带和带宽3．偏置情况:大多数探测器需要偏置电压,需要说明偏置情况4.工作温度5.光敏面尺寸主要特性工作条件1．辐射源的光谱分布:说明探测器的性能时,需要给出所用辐射源的光谱分布二、有关响应方面的性能参数1.响应率(Responsivity)RV或RI表征探测器将入射光信号转换成电信号的能力电流的响应率RI:探测器将入射光信号转换成电流信号

6、Ie的能力。电压响应率RV：探测器将入射光信号转换成电压信号Ve的能力。2.单色灵敏度Rλ---波长为的单色辐射源单色灵敏度:输出的光电流iλ与波长为λ的入射到探测器的单色辐射光通量Pλ（或照度）之比若为常数――无选择性探测器（光热探测器）若不为常数――选择性探测器（光子探测器）探测器理想光谱响应曲线图---光谱响应度（描述光电器件对单色辐射的响应能力）表示探测器对连续入射光辐射的反应灵敏程度3.积分灵敏度---复色辐射源对于包含有各种波长的辐射光源，总的光通量为光电器件输出的总的光电流（不同辐射源引起）1---短波限；0---长波限电流积分灵敏

7、度---输出的电流与入射的总的光辐射通量之比---相对光谱响应表示光谱响应---光谱响应度R随波长的变化关系以最大光谱响应为基准来表示各波长的响应光谱响应宽度---以峰值响应的50%之间的波长范围定义---描述光电器件对入射辐射响应快慢的参数4.响应时间---当入射辐射到光探测器上或入射辐射遮断后，光探测器上的输出上升到稳定值或下降到照射前的值所需要的时间时间常数---衡量响应从稳态值的10%上升到90%所用的时间---上升时间tr响应从稳态值的90%下降到10%所用的时间---下降时间tf光电探测器信号的产生和消失存在滞后过程5.频率响应度---

8、入射光辐射的频率对光电探测器件的响应会有较大影响光电器件的响应随入射辐射的调制频率而变化的特性