光电检测技术概述.pptVIP

讲座内容 什么是光电检测 光电检测的基本原理及特点 典型的光电转换器件 光敏器件的基本特性参数 光电检测技术的应用及发展趋势 什么是光电检测 什么是光电检测 光电检测的基本原理及特点 光电检测的基本原理及特点 光电检测的基本原理及特点 高精度：从地球到月球激光测距的精度达到1米。 高速度：以光速传播。 远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。 非接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进行测量。 寿命长：光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高，对被测物无形状和大小要求。 典型的光电转换器件 光敏电阻 光电二极管 光电倍增管 电荷耦合器件 典型的光电转换器件 典型的光电转换器件 典型的光电转换器件 典型的光电转换器件 典型的光电转换器件 典型的光电转换器件 典型的光电转换器件 典型的光电转换器件 典型的光电转换器件 响应特性 噪声特性 量子效率 线性度 工作温度 电压响应率 光电探测器件输出电压与入射光功率之比 电流响应率 光电探测器件输出电流与入射光功率之比 工农业生产 日常生活 国防军事 科学探索 光敏器件的基本特性参数 一、响应特性 4、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。 光电探测器响应率与入射调制频率的关系 其中，S(f)是调制频率为f 时的响应率； S0是调制频率为零时的响应率； t = RC是时间常数。 当调制频率增大， S(f)下降到0.707 S0时，对应的频率为上限截止频率。 由于光电探测器信号产生和消失存在着一个滞后过程，所以入射光的调制频率对光电探测器的响应会有较大的影响。 光敏器件的基本特性参数 二、噪声特性 1、光电探测器常见噪声 (1) 热噪声：即载流子无规则的热运动造成的噪声。热噪声是白噪声，存在于任何电阻中，与温度成正比，与频率无关。 (2) 散粒噪声：由随机入射到光探测器表面的光子，随机逸出光阴极表面的光电子，随机通过PN结区的载流子所引起。散粒噪声也具有白噪声特性，在大多数光电探测器中具有支配地位。 光敏器件的基本特性参数 (3) 产生-复合噪声：在平衡状态时，载流子产生和复合的平均数是一定的，但在某一瞬间载流子的产生数和复合数存在起伏，这引起半导体电导率的起伏，形成产生-复合噪声。 (4) 1/f 噪声或低频噪声：低频噪声的功率近似与频率成反比，多数器件的1/f 噪声在200~300Hz以上已衰减到可忽略不计。 二、噪声特性 1、光电探测器常见噪声 光敏器件的基本特性参数 二、噪声特性 2、信噪比 信噪比是判定噪声大小的重要参数，是负载电阻上信号功率与噪声功率之比： 若用分贝（db）表示，为 光敏器件的基本特性参数 二、噪声特性 3、噪声等效功率(NEP) 信噪比为1（SNR=1）时，入射到探测器件上的辐射通量（单位为瓦）。 一般一个良好的探测器件的NEP约为10-11W。 NEP越小，噪声越小，器件的性能越好。 光敏器件的基本特性参数 二、噪声特性 4、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 由于NEP与检测元件的面积Ad和放大器带宽Δf 乘积的平方根成正比，为排除这个因素，定义归一化探测率D* D*与探测器的敏感面积、放大器的带宽无关。 光敏器件的基本特性参数 三、量子效率?(?) 量子效率：在某一特定波长上，每秒钟内产生的光电子数与入射光量子数之比。 对理想的探测器，入射一个光量子发射一个电子（?=1），但实际上，? 1。 量子效率与光谱响应度S(f)和光子能量成正比，是一个微观参数，其值愈高愈好。 光敏器件的基本特性参数 四、线性度 线性度是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。 在某一范围内探测器的响应度是常数，称这个范围为线性区。 在光电检测中，需确保输入的信号强度处于探测器的线性区，以保证测量的准确度。 光敏器件的基本特性参数 五、工作温度 工作温度就是指光电探测器最佳工作状态时的温度。 光电探测器在不同温度下，性能会有变化。例如，半导体光电器件的长波限和峰值波长会随温度而变化；热噪声会随温度的上升而增大。 光电检测技术的应用及发展趋势 光电检测技术已经应用到生产生活的方方面面 Institute of Modern Optics, Nankai University LOGO 电子信息工程学术讲座 光电检测技术概述 白 华 2013.10.31 光不仅传输能量，也是信息的载体 光通信 光纤传感 光谱 生物发光 光电转换 电信号处理 信息获取 利用光电传感器实现各类检测。将被测量转换成光通量,再转换成电信号，并综合利用信息传送和处理技术，完成信息获取。 信号光 电信号 被测物 探测