第四章(附) 红外辐射探测器.ppt

285 第四章 红 外 辐 射 探 测 器  二、热敏电阻 热敏电阻——由Mn、Ni、Co、Cu氧化物，或Ge、Si、InSb等半导体材料做成的电阻器，其阻值随温度而变化。 电阻随温度变化的规律： 光子型红外探测器 红外探测器的特性参数 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。 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， 频率灵敏度 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。 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。 四、量子效率η 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。 如果说灵敏度R是从宏观角度描述了光电探测器的光电、光谱以及频率特性，那么量子效率η则是对同一个问题的微观—宏观描述。 五、噪声等效功率NEP 从灵敏度R的定义式 光功率Ps和Pb分别为信号和背景光功率。 即使Ps和Pb都为零，也会有噪声输出。 噪声的存在，限制了探测微弱信号的能力。 通常认为，如果信号光功率产生的信号光电流is等于噪声电流in，那么就认为刚刚能探测到光信号存在。 于是有 ： 　　常需要在同类型的不同探测器之间进行比较，发现“D值大的探测器其探测能力一定好”的结论并不充分。 因为 七、其它参数 光电探测器还有其它一些特性参数，在使用时必须注意到，例如光照面积，探测器电阻，电容等。 特别是极限工作条件，正常使用时都不允许超过这些指标，否则会影响探测器的正常工作，甚至使探测器损坏。 通常规定了工作电压、电流、温度以及光照功率允许范围，使用时要特别加以注意。 红外探测器的噪声 主要分为:有形噪声和无规噪声 前者一般可以预知，因而总可以设法减少和消除。 后者来自物理系统内部，表现为一种无规则起伏。 例如，电阻中自由电子的热运动，真空臂中电子的随机发射，半导体中载流子随机的产生和复合等，这些随机因素把一种无规则起伏施加给有用信号。 起伏噪声对有用信号的影响。 假定入射光是正弦强度调制的，放大器是一个可以任意改变放大量的理想放大器。 当入射光强度较大时，在示波器上可以看到正弦变化的信号电压波形 。 降低入射光功率时，增大放大率，发现正弦电压信号上出现许多无规起伏，使正弦信号变得模糊不清(图(b))。 再降低入射光功率时，正弦波幅度越来越小，而杂乱无章的变化愈来愈大。最后只剩下了无规则的起伏，完全看不出什么正弦变化，这叫做噪声完全埋没了信号。当然这时探测器也失去了探测弱光信号的能力。 从上面讨论中，我们应该建立这样的观念： 上述现象并不是探测器不好所致。 它是探测器所固有的不可避免的现象。 任何一个探测器，都一定有噪声。也就是说，在它输出端总存在着一些毫无规律，事先无法预知的电压起伏。 这种无规起伏，在统计学中称为随机起伏，它是微观世界服从统计规律的反映。 从这个意义上说，实现微弱光信号的探测，就是从噪声中如何提取信号的问题，这是当今信息探测理论研究的中心课题之一。 二、噪声的描述 噪声电压随时间无规则起伏情况。 显然，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。 但是，如果我们先取噪声电压的平方，然后求这些平方值对时间的平均值，再开方，就得到所谓方均根噪声电压un，即 这正是我们用电压表所测量到的那种有效电压。 虽然噪声电压的起伏是毫无规则，无法预知的，但其方均根电压却具有确定值。 这就是噪声电压(噪声电流也一样)服从统计规律的反映。 由于产生探测器起伏噪声的因素往往很多，且这些因素又彼此独立，所以总的噪声功率等于各种独立的噪声功率之和，即 为此，把探测器输出的方均根噪声电压(电流)称为探测器的噪声电压(电流)。 显然，探测噪声的存在，就使得探测器对光信号的探测本领受到一个限制。 所以定量估计探测器的噪声大小就显得很重要了。 三、光电探测器的噪声源 依据噪声产生的物理原因，光电探测器的噪声可大致分为散粒噪声、产生—复合噪声、热噪声和低频噪声等。 是光电转换物理过程中固有的，是一种不可能人为消除的输出信号的起伏，是与器件密切相关的