光电探测器概述.ppt

噪声的描述 噪声电压随时间无规则起伏情况重画如下。 ) ( t u n ) 0 ( g ) ( t g t t 0 0 (a) (b) 无法用预先确知的时间函数来描述它。然而，噪声本身是统计独立的，所以能用统计的方法来描述。 长时间看，噪声电压从零向上涨和向下落的机会是相等的，其时间平均值一定为零。所以用时间平均值无法描述噪声大小。 2. 光电系统噪声的分类 电学噪声 探测器噪声 光 学 噪 声 介 质 光学系统 光调制器 光电探测器 电子电路 → → → → → 目标或光源 4. 噪声的影响 弱信号的探测 系统的极限探测能力 2.3.2 光电探测器的噪声 原因：载流子随机涨落 特点：白噪声 电子的粒子性 表达式： 散粒噪声 随机事件有：物体辐射的或接收的光子数；阴极发射的电子数；半导体中的载流子数；光电倍增器的倍增系数等。 2. 热噪声 原因：载流子随机性出现 特点：白噪声 载流子的运动性 表达式： 注意：散粒噪声和热噪声都是与频率无关的“白噪”声。即：散粒噪声和热噪声的大小与频率的高低无关。 3.　温度噪声 原因：它是由于材料的温度起伏而产生的噪声。当材料的温度发生变化时，由于有温差的存在，因而引起材料有热流量的变化，这种热流量的变化导致产生物体的温度噪声。 表达式： 温度噪声与热噪声在产生原因、表示形式上有一定的差别，主要区别在于： 对于热噪声，材料的温度T一定，引起粒子随机性波动，从而产生了随机性电流 ； 对于温度噪声，材料温度有变化ΔT，从而导致热流量的变化Δφ，此变化就表示了温度噪声的大小。 在热探测器件中必须考虑温度噪声的影响。 4. 产生-复合噪声 原因：在半导体中，因载流子（电子、空穴） 产生复合过程的随机性而引起的载流子 浓度的起伏而产生。 特点：非白噪声 本质同散粒噪声 表达式： 5. 1/f 噪声 （电流、低频、闪烁、过剩） 原因：由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲。 特点：频率小于1KHz、色噪声 表达式： 2.3.3 噪声参数 信噪比(S/N)：负载电阻 上产生的信号功率与噪 声功率之比，与信号大小、接收面积有关. 等效噪声输入 (ENI：Equivalent Noise Input) 定义：器件在特定带宽内产生的均方根信号电 流恰好等于均方根噪声电流值时的输入 通量。 用于确定探测器的确定探测极限 3. 噪声等效功率 (NEP) 定义：即最小可探测功率Pmin，信号功率和 噪声功率之比为1（S/N=1）时的入射 辐射通量。 表达式： NEP越小，探测器性能越好 4. 探测率 (D) 定义： NEP的倒数 表达式： 描述了光电探测器在其噪声水平之上产生可观测信号的本领。即探测器能响应的入射功率越小，探测率越高。 探测率与接收面积、带宽有关 5. 比探测率(D*) 定义： 归一化后的探测率 表达式： 用于比较不同测量带宽、不同光敏面积的光电探测器的性能。 通常在D*后附加测量条件D*（500K，900，5）表示用500K黑体，调制频率900Hz，测量系统带宽5Hz测量得到的值。 6. 暗电流Id 定义：光电探测器在没有输入信号和背 景辐射时所流过的电流（加电源 时）。一般测量直流或平均值。 2.3.4 其它参数 * 光电探测器（2） 光伏探测器（光生伏特效应或内光电效应） 金属氧化物或半导体表面 光子能量 足够大 材料内束缚能级的电子逸出表面 电子—空穴对 光辐射 光电磁探测器（光电磁效应或内光电效应） 垂直磁场中的半导体材料 光子能量 足够大 本征吸收产生 电子空穴对 载流子 浓度梯度 光辐射 光磁电动势 光电池、光电二极管、雪崩光电二极管、PIN管及光电晶体管 光生电动势 光电探测器特点 选择性探测器，即光子波长有长波限。波长长于长波限的入射辐射不能产生所需的光子 效应，因此无法被探测。 波长短于长波限的入射辐射，功率一定时，波长越短，光子数越少，因此光子探测器的理论响应率应正比于波长。 热探测器（光热效应） 热探测器 材料产生温升 物理性质变化 光辐射 温差电动 （温差电效应） 电阻率变化 （测辐射热计