光电探测技术xujia.ppt

2、量子效率 量子效率：是指每入射一个光子光电探测器所释放的平均电子数。它与入射光能量有关。其表达式为: 4、探测度D与归一化探测度D* 1.探测度D ：为噪声等效功率的倒数，即 5、其它参数 光电探测器还有其它一些参数，在使用时必须注意到。如： 1、暗电流：指没有信号和背景辐射时通过探测器的电流。 2、光敏面积：指灵敏元的几何面积。 3、探测器电阻、电容。 4、工作电压、电流、温度。 光电探测器中的噪声分布 光敏电阻是光电导型器件 光敏电阻材料：主要是硅、锗和化合物半导体，例如：硫化镉（CdS），锑化铟（InSb）等。 特点： 光谱响应范围宽（特别是对于红光和红外辐射）； 偏置电压低，工作电流大； 动态范围宽，既可测强光，也可测弱光； 光电导增益大，灵敏度高； 无极性，使用方便； 在强光照射下，光电线性度较差； 光电驰豫时间较长，频率特性较差。 光敏电阻的工作原理 光敏电阻结构：在一块均匀光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。 工作机理：当入射光子使半导体中的电子由价带跃迁到导带时，导带中的电子和价带中的空穴均参与导电，其阻值急剧减小，电导增加。 光敏电阻的工作特性 光电特性 伏安特性 时间响应和频率特性 温度特性 噪声特性（存在于所有探测器。一个电阻器就是一个热噪声发生器。热噪声存在于所有半导体探测器） 光敏二极管阵列 将光敏二极管以线列或面阵形式集合在一起，用来同时探测被测物体各部位提供的不同光信息，并将这些信息转换为电信号的器件。 美国国家导弹防御计划---NMD 1、地基拦截器 2、早期预警系统 3、前沿部署(如雷达） 4、管理与控制系统 5、卫星红外线监测系统 监测系统： 探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道； 拦截器： 能识别真假弹头，敌友方 “阿波罗10”： 火箭部分---2077个传感器 飞船部分---1218个传感器 神州飞船：185台（套）仪器装置 探测参数---加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学 探测技术在航天领域的应用 4.7.2 探测技术在航天领域的应用 对病变组织的精确诊断是当今世界医学研究的重要课题之一 探测技术在医疗领域的应用 4.7.3 探测技术在医疗领域的应用 激光扫描共焦显微镜技术 阿波罗１０号则飞入绕月球轨道，并使登月舱下降到离月球表面１５公里以内，以检验其性能。 阿波罗１０号则飞入绕月球轨道，并使登月舱下降到离月球表面１５公里以内，以检验其性能。 4.4.2.噪声的度量 噪声是一种随机信号，它实质上就是物理量围绕其平均值的涨落现象。任何一个宏观测量的物理量都是微观过程的统计平均值。研究噪声一般采用长周期测定其均方值(即噪声功率)的方法。 对于平稳随机过程，通常采用先计算噪声电压(电流)的平方值，然后将其对时间作平均，来求噪声电压(电流)的均方值，即： 上式表示噪声电压(电流)消耗在1Ω电阻上的平均功率通称为噪声功率。 4.4.3.按噪声产生的原因，可分为以下几类 噪声 外部原因 内部原因 人为噪声 自然噪声 散粒噪声 产生－复合噪声 光子噪声 热噪声 低频噪声 温度噪声 放大器噪声 有形噪声 （可以预知，可设法减小和消除） 4.4.4、光电探测器的噪声源 依据噪声产生的物理原因，光电探测器的噪声主要为 散粒噪声、产生—复合噪声、热噪声和低频噪声。 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一个参量。 因为在光电转换过程中，半导体中的电子从价带跃迁到导带，或者电子逸出材料表面等过程，都是一系列独立事件，是一种随机的过程。每一瞬间出现多少载流子是不确定的，所以随机的起伏将不可避免地与信号同时出现。尤其在信号较弱时，光电探测器的噪声会显著地影响信号探测的准确性。 1.散粒噪声： 1）产生原因 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，光电子或光生载流子的随机产生所造成的。由于随机起伏是一个一个的带电粒子或电子引起的，所以称为散粒噪声。 这种噪声存在于所有光电探测器中。 电子管中任一短时间τ内发射出来的电子决不会总是等于平均数，而是围绕这一平均数有一涨落。 2）特性 散粒噪声也是白噪声，与频率无关， 散粒噪声直接起源于电子的粒子性，因而与e（电荷）直接有关。 产生原因 半导体中由于载流子产生与复合的随机性而引起的平均载流子浓度的起伏所产生的噪声称为产生—复合噪声，亦称g-r噪声(generation—recombination noise)。 g-r噪声主要存在于光电导探测器中。 g-r噪声与前面介绍