光电探测技术

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1、第六章 光电探测技术,光电探测器件主要分成两类,热电检测器件和光子检测器件。热电检测器件是利用热敏元件的热效应来探测光，即通过器件吸收光辐射后温度升高，使器件的某一参数发生变化，进而探测出输入光信号的大小。光子检测器是利用器件的光电效应把光信号转变成电信号。通常光电检测器件指的就是光子检测器件。,光电检测器件特性参数,（1）响应度积分灵敏度指的是在一定条件下，单位光（辐射）量所产生的光电流（电压）大小。 R=I/由于各种器件使用的范围及条件不一致，因此灵敏度有各种不同的表示法。A/lm or A/W or V/W.,光电导体的灵敏度表示在一定光强下光电导的强弱，即光电转换器件的转换效能。由于探

2、测器波长选择性存在，其响应度与光辐射的光谱成分有关。一般情况以A光源（色温为2856K的钨灯）作为标准源获得的结果。,光电导与光强典型有两种下面两种关系：线性和抛物线性。光电导材料在较低光强下一般都具有线性，但有的材料在较高光强时，光电导与光强的平方根成正比，为抛物线性。,（2）光谱响应度,光谱响应度就是指不同波长处的响应度，又称为光谱灵敏度。如果探测器对波长为的光辐射通量 产生的输出电流为I，则其光谱响应度为：R（ ）=I/ 与积分响应度的关系：,光谱响应特性曲线,分“等能量”曲线和“等量子”曲线所谓“等能量”就是指不同的波长下所用的光能量流是相等的。由于短波的每一个光子的能量较大，每一个光

3、子的能量较大，因此在相同的光能量流的情况下，短波方面的光子数目较少。,所谓“等量子”就是指对不同的波长，以光量子数计算的光强是相同（相同的光子流）之下测量的结果。波长越长，单位光能所含的光子数越多。,不同的半导体光电导材料由于有不同的禁带宽度，对应有不同的光谱曲线。每条曲线都有一个峰值，峰值的长波方面曲线迅速下降。因此光谱分布有一长波限。可以从各条曲线的长波限来确定半导体材料的禁带宽度。,由本征激发产生的光电导称为本征光电导，由杂质激发所产生的光电导称为杂质光电导。光谱分布问题首先是光生载流子的激发问题，即是说某种波长的光能否激发出非平衡载流子以及效率如何的问题。,（3）量子效率,单位时间单位

4、光量子数产生的光电子数。就是等量子光谱响应曲线中用光电子数代替电流或电压。,4）响应时间,光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的弛豫现象：光照射到样品后，光电导逐渐增加，最后达到定态。光照停止，光电导在一段时间内逐渐消失。这种弛豫现象表现了光电导对光强变化反应的快慢。光电导上升或下降的时间就是弛豫时间，或称为响应时间（惰性）。,对周期变化的光强，光电器件的弛豫时间如果比周期长得多，那么就不能反映光强的变化。从光电导的机构来看，弛豫现象表现为在光强变化时，光生载流子的积累和消失的过程。,（5）探测器的探测能力,暗电流 Id当探测器没有接收到光照时输出的电流。噪声 N信噪比：S/N等效噪声功率 NEP,探测器光谱响应的测量,绝对测量相对测量替代法直接比较法：分束方案半反半透旋转反射镜光纤分束,几种光电探测器,1. 光电倍增管(PMT),利用外光电效应原理阴极电子发射，被阳极多次加速撞击倍增。PMT的灵敏度之高是一般光电器件达不到的，广泛用于微弱光测量中。,2. 光敏电阻（PR）,3. 光电二极管、光电池,4、光敏三极管,5、光偶,热电探测器,通常将热敏材料涂黑，他对很广的波长范围的光全部吸收，即各波长吸收率相同，无波长选择性。那么它温度参数的输出就于波长无关，而只与单位时间内器件所接收到的光辐射能量成正比。不过热效应较光效应慢得多，因而时间长数大。,