光电技术第七周周四已授课.ppt

2—2光电探测器的性能参数 光电探测器的工作条件 有关响应方面的性能参数 有关噪声方面的参数 其它参数 三、有关噪声方面的参数 信噪比 等效噪声输入(NEI) 噪声等效功率(NEP) 探测率D与比探测率D* 噪 声 2-3噪声的统计特性 二、噪声的功率谱密度 ●典型噪声的功率谱密度 三、噪声的相关函数 * 基于材料吸收光辐射能量后温度升高的光热效应现象。 光热效应的特点是入射光辐射与物质中的晶格相互作用，晶格因吸收光能而增加振动能量，这又引起物质的温度上升，从而导致与温度有关的材料的某些物理性质(例如电动势、电阻）的变化。 这与光电效应（光子将能量直接转移给电子）有本质的不同。光热效应与入射辐射的光子的性质例如波长没有关系。对光辐射的响应无波长选择性。 光热效应可以产生温差电效应、电阻率变化效应、自发极化强度的变化效应、气体体积和压强的变化效应等等，利用这些效应可制作各种热探测器。 2．热探测器 当由两种不同材料制成的两个结点出现温差时，在该两点间就有电动势产生，这个现象称为温差电效应。 ●测辐射温差热电偶和热电堆 当闭合回路的两个结点置于不同温度，两点之间就产生电动势——温差电动势，其大小反应所吸收的光辐射的能量或功率。 为了增加信号电压，常常在衬底上蒸上一层金属膜，然后再蒸上第二种材料与第一层膜部分重叠，从而形成若干接触点。 辐射热电偶和热电堆的光电信号要比光子探测器弱，但不需要电偏置和致冷，广泛应用。 当吸收光辐射而温度升高时，金属的电阻会增加，而半导体材料的电阻会降低。通过电阻变化可测定被吸收的光辐射功率。 ●电阻测辐射热器 热释电探测器由热释电晶体制成，它们具有自发电极化的特性，其自发电极化强度随温度升高而下降。 ●热释电探测器 当光辐射投射到热释电晶体上时，引起自发电极化强度随时间的变化，结果在垂直于极化方向的晶体两个外表面之间出现微小变化的信号电压，由此可测定所吸收的光辐射功率。 辐射源的光谱分布 光子探测器，其响应是辐射波长的函数，仅在特定的波长范围内的辐射有信号输出； --应明确辐射源光谱分布。 电路的通频带和带宽 因噪声限制了探测器的极限性能，噪声电压或电流均正比于带宽的平方根 --应明确通频带和带宽。 工作温度 半导体材料制作的探测器，信号还是噪声，都和工作温度有密切关系。 --应明确工作温度。 4、光敏面尺寸 探测器的信号和噪声都和光敏面积有关，一般信噪比与光敏面积的平方根成比例。 --参考面积一般为1cm2。 5、偏置情况 光电导探测器和电阻测辐射热器需要直流偏置电源，光电磁探测器的偏置是磁场。 光电探测器的工作条件 响应率(或称响应度) 500K黑体测试 可见光波段：灵敏度 响应率描述探测器灵敏度。探测器输出与入射辐射之比。 2. 单色灵敏度 又叫光谱响应度，是电探测器输出与入射的单色辐射通量之比。 3．积分响应度 探测器各波长输出和与各波长辐射通量和之比 二、有关响应方面的参数 4．响应时间 ●描述探测器对入射辐射响应快慢。即当入射或入射遮断后，探测器输出上升到稳定值或下降到照射前的值所需时间，称为响应时间。常用时间常数的大小来表示。 ●一辐射脉冲照射光电探测，如方波（脉冲的上升和下降时间很短），则光电探测器的输出有延迟，从10％上升到如90％峰值处所需的时间称为探测器的上升时间，而把从如90％下降到10％处所需的时间称为下降时间。 tr tf 5．频率响应 由于光电探测器信号存在滞后，光电探测器的响应随入射辐射的调制频率而变化,称为频率响应。利用时间常数可得到光电探测器响应度与入射辐射调制频率的关系，其表达式为 当入射功率很低时，输出只是些杂乱无章的变化信号，而无法确定是否有辐射入射在探测器上。这是探测器固有的“噪声”引起的。如果对这些随时间而起伏的电压(流)按时间取平均值，则平均值等于零。但这些值的均方根不等于零，这个均方根电压(流)称为探测器的噪声电压(流)。 探测器的D*=10E11，探测器的光敏 面积的直径 Diameter=5E-3， 用于Δf=5E3的光电仪器，求它能检测的最小辐射功率？ 作业 提示： 光电系统包含光电探测器和电子学部分（例如前置放大器）。光电系统在工作时，总会受到一些无用信号的干扰，如光电变换中光电子随机起伏的干扰，光辐射场在传输过程中受到通道的影响及背景光的干扰；放大器引入的干扰等等。 基本噪声是来自微观粒子引起的物理量自然涨落。既不能预见它某瞬间大小，又不