光辐射探测的理论基础.ppt

3．等效噪声功率和比探测率 愈大愈好－－习惯 用单位带宽和单位面积的噪声电流来衡量探测器的探测能力 1.3.3 光探测器的特性参数 4. 响应时间与频率特性 矩形光脉冲，响应出现上升沿和下降沿 正弦型调制光，响应率随频率升高而降低 1.3.3 光探测器的特性参数 τ－探测器响应时间 （时域） 上限截止频率 或3dB带宽 （频域） 本章小结：（要点，课后自行总结） 1. 光学谱区： 0.01～1000μm 可见光谱区： 0.38～0.78μm 光辐射量度 －－辐射度量（电磁波谱） －－光度量（可见光谱区） 2. 半导体基础：导带Ec、价带Ev及二者之间的禁带Eg 本征半导体、P型半导体和N型半导体 费米能级Ef描述载流子的分布 本征吸收和杂质吸收；少子寿命τ 3. 光电效应：光电导效应、光伏效应和光电子发射效应·······。 光子探测器，光电转换规律 4. 光探测器噪声：散粒噪声、热噪声、产生－复合噪声、 电流噪声（1/f噪声） 、温度噪声、 5. 光探测器特性参数：光电特性、灵敏度、噪声等效功率、响应时间 量子效率进一步分析： 距表面位置x处Δx的长度内，单位时间吸收的光子数为： 单位体积内电子－空穴对的产生率（m?3s?1） 4.光电转换的基本规律 量子效率进一步分析： 单位体积内电子－空穴对的产生率（m?3s?1） x方向的电流密度（A/m2）为 4.光电转换的基本规律 量子效率进一步分析： x方向的电流密度（A/m2）为 4.光电转换的基本规律 量子效率进一步分析： 提高量子效率： －－反射率r低， －－吸收系数α大， －－吸收厚长度lx要大 例如，在探测器入射面镀上高透射率的抗反射层； 利用微型谐振腔的光场谐振以增强吸收等。 中科院已研制出量子效率高达85.6％GaN基PIN结构紫外探测器 4.光电转换的基本规律 光子探测器光－电转换基本规律： （1）光电流与入射光平均功率成正比 （2）光电流与光电场强度的平方成正比 －－光子探测器为平方律器件 4.光电转换的基本规律 光照时每产生一个光电子，在探测器的外电路中都输出一个电子 外电路中单位时间内输出的电子数大于甚至远大于单位时间内产生的光电子数 －－光电增益M 4.光电转换的基本规律 光电增益M 比较： 光电增益 与 量子效率 1.3 光电探测器概述 1.3.1 半导体的光电效应 1.3.2 光电探测器的噪声 1.3.3 光电探测器的性能参数 1.3.2 光电探测器的噪声 1.3 光电探测器概述 噪声的基本概念 噪声的表示方法 探测器噪声分类 信号平均值处有随机起伏－－含有噪声 例如： 放音机的噪声 激光器的噪声 1.3.2 光电探测器的噪声 噪声的基本概念 噪声影响信号（特别是弱信号）的测量和处理 用均方噪声 多个噪声源 （互相独立、不相关） 1.3.2 光电探测器的噪声 噪声的表示方法 噪声功率谱 光电探测系统噪声： 1.3.2 光电探测器的噪声 噪声影响信号（特别是弱信号）的测量和处理 1.3.2 光电探测器的噪声 探测器的噪声 1．热噪声(Johnson噪声) 2. 散粒噪声 3．产生－复合噪声 4．1/f 噪声 5．温度噪声 1．热噪声(Johnson噪声) 热噪声是由于载流子的热运动而引起电流或电压的随机起伏。 1.3.2 光电探测器的噪声 为测量的频带宽度 热噪声： 白噪声 2. 散粒噪声（Shot噪声） 光电探测器的散粒噪声是由于探测器在光辐射作用或热激发下引起光电子或载流子的随机起伏 I为器件输出平均电流 散粒噪声：白噪声 1.3.2 光电探测器的噪声 3．产生－复合噪声 －－又称为g－r噪声 （Generation Recombination） 半导体器件中由于载流子的产生与复合而引起的平均载流子浓度的随机起伏。 I为总的平均电流；M为光电增益 1.3.2 光电探测器的噪声 产生－复合噪声不再是“白”噪声？？ 4．1/f 噪声 1/f 噪声通常又称为电流噪声 －－也称为闪烁噪声或过