光电子技术王俊波光电探测器的性能参数教程.ppt

探测器件 热电探测元件 光子探测元件 气体光电探测元件 外光电效应 内光电效应 非放大型 放 大 型 光电导探测器 光磁电探测器 光生伏特探测器 本征型 掺杂型 非放大 放大型 真空光电管 充气光电管 光电倍增管 变像管 摄像管 像增强器 光敏电阻 红外探测器 光电池 光电二极管 光电三极管 光电场效应管 雪崩型光电二极管 Laser 光电探测器 夜色降临，海面上有一无形的，视而不见，触而不觉的哨兵--红外激光探测器监视着海面，当有不速之客到来，光线挡断，光电探测器探测不到激光而进行声光报警。 Laser 光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。 （1）如何衡量一个光电探测器的质量好坏？ （2）选择一个好的光电探测器需要注意哪些关键指标？ 光电倍增管 4.2 光电探测器的性能参数 光电倍增管 一、积分灵敏度R 灵敏度也常称作响应度，是光电探测器光电转换特性，光电转换的光谱特性以及频率特性的量度。 光电流i(或光电压u)和入射光功率P之间的关系i＝f (P)，称为探测器的光电特性。 灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即 (线性区内) (安/瓦) (线性区内) (伏/瓦) R i和R u分别称为积分电流和积分电压灵敏度，i和u称为电表测量的电流、电压有效值。 光功率P是指分布在某一光谱范围内的总功率。 有些教材采用微安/流明 光功率谱密度Pλ由于光电探测器的光谱选择性，在其它条件下不变的情况下，光电流将是光波长的函数，记为iλ，于是光谱灵敏度Rλ定义为 Rλ是常数时，相应探测器称为无选择性探测器(如光热探测器)，光子探测器则是选择性探测器。 通常给出的是相对光谱灵敏度Sλ定义为 Rλm是指Rλ的最大值，Sλ为无量纲，随λ变化的曲线称为光谱灵敏度曲线。 二、光谱灵敏度Rλ 引入相对光谱功率密度函数，它的定义为 把(2)和(3)式代入(1)式，只要注意到 和 就有 积分上式，有 变化量 式中 0 . 1 并注意到 由此便得 式中 称为光谱利用率系数，为入射光功率能被响应的百分比。 三、频率灵敏度Rf(响应频率fc和响应时间t) 若入射光是强度调制，在其它条件不变下，光电流if将随调频f的升高而下降，这时的灵敏度称为频率灵敏度Rf， 定义为 if是光电流时变函数的付里叶变换，通常 τ称为探测器的响应时间或时间常数，由材料、结构和外电路决定。 频率灵敏度 这就是探测器的频率特性，R f随f 升高而下降的速度与τ值大小关系很大。 一般规定，R f下降到 从上式可见： 当ffc时，认为光电流能线性再现光功率P的变化。 如果是脉冲形式的入射光，则更常用响应时间来描述。 频率fc为探测器的截止响应频率和响应频率。 例如：牭鹿鶤dvanced Laser Diode Systems公司提供带宽可达35GHz、响应频率范围覆盖400nm到1.6 μm 的高速光电二极管。该光电二极管采用MSM（金属-半导体-金属）的结构，具有非常低的电容、电阻，因而具有极高的响应速度。其冲击响应振荡极小，常适于高速光源时间或频率特性探测。 光纤耦合 自由光输入 探测器对突然光照的输出电流，要经过一定时间才能上升到与这一辐射功率相应的稳定值i。 当辐射突然降去后，输出电流也需要经过一定时间才能下降到零。 一般而论，上升和下降时间相等，时间常数近似地由 决定。 　　光电流是两端电压u、光功率P、光波长λ和光强调制频率f的函数，即 以u，P，λ为参变量，i＝F（f）的关系称为光电频率特性，相应的曲线称为频率特性曲线。 同样，i=F (P)及曲线称为光电特性曲线。 i＝F (λ)及其曲线称为光谱特性曲线。 而i＝F (u)及其曲线称为伏安特性曲线。 当这些曲线给出时，灵敏度R的值就可以从曲线中求出，而且还可以利用这些曲线，尤其是伏安特性曲线来设计探测器的使用电路。 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