第六章-光电探测器分解PPT课件.ppt

概述 光电器件：探测载波光信息，利用光电效应把光信息转换成电信息的器件。按器件的机理不同，分为热电和光电探测器两大类。 热电探测器： 基于光辐射引起探测器温度上升，从而使与温度有关的电物理量发生变化，反映的是入射光的能量或功率和输出电量的函数关系。如热敏电阻、热电偶和热电堆、气动管（高莱管）、热释电探测器等。 热电探测器对光谱响应没有选择性，从可见光到红外波段均可响应。 ; 光电探测器：基于光电效应把光能直接转换成电信息的器件。 分类：根据工作效应的不同可以分为： （1）光电子发射器件：光电管和光电倍增管 （2）光电导器件：单晶型、多晶型、合金型的光敏电阻 （3）光生伏特器件：光电池、光电二极管和光电三极管 （4）光磁电器件 按排列结构光电探测器也可分为单元器件、阵列器件或成像器件等 ;6.1 光电探测器的特性参数 ;6.1 光电探测器的特性参数 ; 响应时间和频率响应 当照射探测器的光功率由零增加到某一值时，光电探测器的瞬时输出电流总不能完全跟随输入变化。 同样，在光照突然停止时也是这样，这就是探测器的惰性。 ; 噪声等效功率（NEP）：使探测器输出电压正好等于输出噪声电压时的入射光功率 。 在探测极其微弱的信号时，限制光电探测器对极微弱光辐射探测能力的不是响应度的大小。 ; 光电探测器的噪声;6.2 光电探测器原理和种类; 光电子发射器件;（1）光电管;真空光电管的结构; 主要特性;充气光电管 在光电管中充进低压惰性气体，在光照下光电阴极发射出的光电子受电场作用加速向阳极运动，途中与气体原子相碰撞，气体原子发生电离而形成电子与正离子。电离出来的电子在电场的作用下与光电子一起再次使气体原子电离。如此繁衍下去，使充气光电管的有效电流增加，同时正离子也在同一电场作用下向阴极运动，构成离子电流，其数值与电子电流相当。因此，在阳极电路内就形成了数倍于真空光电管的光电流。;充气光电管 特点： 灵敏度：高于真空光电管，由于阳极电流不仅取决于阴极发射的电子还取决于气体电离的电子和离子，只有在一定条件下阳极???流和光照之间才有线性关系。 伏安特性：充气光电管没有饱和现象，由于管内气体的电离作用，随着阳极电压升高，阳极电流迅速增大。 暗电流与噪声：比真空光电管大，由于热发射电流也参与气体的电离放大作用，具有较大的热发射噪声和散粒噪声;（2） 光电倍增管 ;特性参数 （1）灵敏度：光电倍增管的灵敏度一般分为阴极灵敏度和阳极灵 敏度，国产GBD23T型光电倍增管的阴极灵敏度典型值为 50μA/lm ，阳极灵敏度为200A/lm。 （2）放大倍数（内增益）：在一定的工作电压下，光电倍增管的阳极 信号电流和阴极信号电流之比 （3）光谱响应度：光电阴极的光谱响应度曲线，主要取决于光电阴极 的材料。 （4）时间特性 : 响应时间、渡越时间和渡越时间分散（散差）。 ;特性参数 （4）时间特性 : 响应时间：阳极电流脉冲幅度从最大值的10％上升到90％所经过的时间。 渡越时间：从函数光脉冲的顶点到阳极电流输出最大值所经历的时间。 渡越时间分散（散差）：在重复光脉冲输入时，渡越时间每次略有不同，有 一定起伏。 ;光电倍增管的供电电路;1）光电倍增管的选择：与待测光的光谱响应一致；对低能和弱光的探测应采用阴极灵敏度高与暗电流小、噪声低的管子；阴极尺寸的选择取决于光信号照射到阴极上的面积，光束窄可选用小阴极直径的管子，通常阴极大小决定于光电倍增管的大小；阳极灵敏度的确定是根据入射到光电阴极的光通量和需要输出的信号大小估算而得。除此之外，还应考虑耐震、高温等条件。 使用光电倍增管必须注意的事项 （1）必须在额定电压和额定电流内工作。因为管子增益很高，入射光功率稍 大就会使光电流可能超过额定值，轻者使管子响应度下降，出现疲劳 （放置一段时间可能恢复），重者不能恢复，或被烧毁。 （2）光电倍增管常使用金属屏蔽壳，用来屏蔽杂光和电磁干扰，金属壳应接 地。在使用负高压供电时，要防止管玻璃外壳和金属屏蔽壳之间放电引 起暗电流，它们之间要有足够距离 。;6.2 光电探测器原理和种类;本征型和杂质型（注意两者在光探测能力上的区别）－电子离开价带跃入导带。－施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁导带或价带。施主能级：在N型半导体中，五价元素杂质的剩余电子所处的杂级能级。受主能级：在P型半导体中，三价元素杂质的剩余空穴所处的杂级能级。; 光电导探测器件;（2）硫化铅PbS和硒化铅 P