光电子技术课件十二：光辐射的探测技.ppt

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1、光电子技术学课件之十二光电子技术学课件之十二：第四章光辐射的探测技术第四章光辐射的探测技术（2）2 光电探测器的性能参数光电探测器的性能参数 4 常用光电探测器简介（常用光电探测器简介（1）制作者：制作者：赣南师范学院物理与电子信息学院：赣南师范学院物理与电子信息学院：王形华王形华 1 光电探测器的性能参数光电探测器的性能参数 光电探测器和其它器件一样，有一光电探测器和其它器件一样，有一套根据实际需要而制定的特性参数，用套根据实际需要而制定的特性参数，用于评价探测器的性能优劣。于评价探测器的性能优劣。光电探测器的性能参数主要的有：积光电探测器的性能参数主要的有：积分灵敏度分灵敏度R，光谱灵敏度

2、光谱灵敏度R，频率灵敏频率灵敏度度Rf，量子效率量子效率，通量阈通量阈Pth和噪声等和噪声等效功率效功率NEP，归一化探测度归一化探测度D*等。等。2一、积分灵敏度一、积分灵敏度R灵灵敏敏度度也也常常称称作作响响应应度度，它它是是光光电电探测器光电转换特性的量度。探测器光电转换特性的量度。光光电电流流 （或或光光电电压压u）和和入入射射光光功功率率P之之间间的的关关系系 称称为为探探测测器器的的光电特性。光电特性。3灵敏度灵敏度R定义为这个曲线的斜率：定义为这个曲线的斜率：Ri电流灵敏度（积分电流灵敏度）Ru电压灵敏度（积分电压灵敏度）4二、光谱灵敏度二、光谱灵敏度R 相对光谱灵敏度：光电探测

3、器和入射光功率的光谱匹配非常重要。光电探测器和入射光功率的光谱匹配非常重要。参见教材114面图4-6。如果是 常数，则相应的探测器为无选择性探测器，如：光热探测器；反之，则为选择性探测器，如光子探测器。是指 的最大值，对应的波长称为峰值波长。5三、频率灵敏度三、频率灵敏度Rf（响应频率fc和响应时间 ）如果入射光是强度调制的，在其他条件不变下，光电流 将随调制频率f的升高而下降，这时的灵敏度称为频率灵敏度Rf。探测器的响应时间或时间常数，由材料、结构和外电路决定。6四、量子效率四、量子效率 光谱量子效率：量子效率表示探测器吸收的光子数和激发的电子书之比。7五、通量阈五、通量阈Pth和噪声等效功

4、率和噪声等效功率NEP 通量阈探测器所能探测的最小光信号功率8噪声等效功率NEP单位信噪比时的信号光功率。信噪比SNR定义为：9六、归一化探测度六、归一化探测度D*(读作读作D星星)探测度D：探测器光敏面积A和测量带宽f对D值影响大。探测器的噪声功率 探测器的噪声功率 10定义归一化探测度：给出D*值时注明响应波长、光辐射调制频率f及测量带宽f,即D*(,f,f)。11七、其它参量七、其它参量 光电探测器还有其它一些参量，在使用时必须注意到。主要的有：光敏面积、探测器电阻、电容、工作电压、工作电流、温度、光照功率范围等。123 光电探测器的噪声光电探测器的噪声 依据噪声产生的物理原因,光电探测

5、器的噪声可大致分为散粒噪声、热噪声和低频噪声三类。（自学）（自学）134 常用光电探测器简介常用光电探测器简介 一、光敏电阻一、光敏电阻光电导效应原理（半导体材料的体效应）光电导探测器光照下改变自身的电阻率（光照愈强,器件自身的电阻愈小）光敏电阻（光导管）本征型光敏电阻 一般在室温下工作适用于可见光和近红外辐射探测 非本征型光敏电阻 通常在低温条件下工作常用于中、远红外辐射探测 141.光敏电阻的结构和偏置电路光敏电阻的结构和偏置电路以CdS光敏电阻为例152.工作特性工作特性（1）光敏响应特性 16（2）光照特性和伏安特性 光照特性曲线 17线性伏安特性 18（3）时间响应特性 光敏电阻的响

6、应时间常数是由电流上升时间和衰减时间表示的。光敏电阻的响应时间与入射光的照度，所加电压、负载电阻及照度变化前电阻所经历的时间（称为前历时间）等因素有关。19（4）稳定特性 光敏电阻的阻值随温度变化而变化的变化率,在弱光照和强光照时都较大,而中等光照时,则较小。例：CdS光敏电阻的温度系数在10lx照度时约为0；照度高于10lx时，温度系数为正；小于10lx时，温度系数反而为负；照度偏离10lx愈多，温度系数也愈大。另外，当环境温度在0+60的范围内时，光敏电阻的响应速度几乎不变；而在低温环境下，光敏电阻的响应速度变慢。例如，-30时的响应时间约为+20时的两倍。光敏电阻的允许功耗,随着环境温度

7、的升高而降低。20（5）噪声特性 光电导探测器的噪声主要有三个噪声源贡献：产生-复合噪声、热噪声、1/f 噪声。213.几种典型的光敏电阻几种典型的光敏电阻（1）CdS和CdSe低造价、可见光辐射探测器光电导增益比较高(103104)响应时间比较长(大约50ms)（2）PbS：近红外辐射探测器波长响应范围在13.4m，峰值响应波长为2m内阻（暗阻）大约为1M响应时间约200s22（3）InSb在77k下,噪声性能大大改善峰值响应波长为5m 响应时间短（大约5010-9s）（4）HgxCd1-xTe探测器化合物本征型光电导探测器,它是由HgTe和GdTe两种材料混在一起的固溶体,其禁带宽度随组分x呈线性变化。当x=0.2时响应波长为814m,工作温度77k，用液氮致冷。234.使用注意事项使用注意事项（1）用于测光的光源光谱特性必须与光敏电阻的光敏特性匹配;（2）要防止光敏电阻受杂散光的影响;（3）要防止使光敏电阻的电参数(电压、功耗)超过允许值；（4）根据不同用途,选用不同特性的光敏电阻。24