《光探课件 全3.6》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光探课件 全3.6（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 3.6 3.6 3.6 3.6 探测器性能比较探测器性能比较探测器性能比较探测器性能比较 3.6.1 3.6.1 单元光电探测器的性能及应用比较单元光电探测器的性能及应用比较单元光电探测器的性能及应用比较单元光电探测器的性能及应用比较 3.6.2 3.6.2 光电成像器件性能及应用比较光电成像器件性能及应用比较光电成像器件性能及应用比较光电成像器件性能及应用比较 3.6.1 3.6.1 单元光电探测器性单元光电探测器性单元光电探测器性单元光电探测器性 能及应用比较能及应用比较能及应用比较能及应用比较 (a) (b) (4) (PE-Photo Emission) (PMT-PhotoMul
2、tiplier Tube ) (PC-Photoconductive) (PV-Photo Voltaic ) (SBDSchottky Barrier Photo Diode) (PEM-photo electromagnetic) (photon drag effective ) (Bolometer ) Positive Temperature Coefficient (seebeck effect ) Pyroelectric sensor (MCP-Microchannel Plates ) (Dynode ) (APDAvalanche Photo Diode) thermocou
3、ples & thermopile Negative Temperature CoefficientNegative Temperature Coefficient Solar cell（photocell） Photo Diode photoconductor (image intensifiers ) 设计光电系统时，首先要考虑前置放大器的设 计，为了获得低噪声前置放大器，必须了解探测器内 阻值，以便根据最佳源电阻匹配原则选择低噪声放大 器，以得到最大的输出信噪比。一般按探测器内阻高 低可分为三类： 设计光电系统时，首先要考虑前置放大器的设 计，为了获得低噪声前置放大器，必须了解探测器内
4、阻值，以便根据最佳源电阻匹配原则选择低噪声放大 器，以得到最大的输出信噪比。一般按探测器内阻高 低可分为三类： ?(1)低阻探测器：内阻低于低阻探测器：内阻低于1000。 ?(2)中阻探测器：内阻在中阻探测器：内阻在1000一一l M之间。之间。 ?(3)高阻探测器：内阻高于高阻探测器：内阻高于1M 一、典型探测器内阻值比较一、典型探测器内阻值比较 2 二、光电探测器的光谱响应范围比较二、光电探测器的光谱响应范围比较二、光电探测器的光谱响应范围比较二、光电探测器的光谱响应范围比较 光电探测器的光谱响应范围光电探测器的光谱响应范围光电探测器的光谱响应范围光电探测器的光谱响应范围主要由制作器件主要
5、由制作器件主要由制作器件主要由制作器件 的材料的材料的材料的材料决定，在前几节对各种器件的光谱响应范决定，在前几节对各种器件的光谱响应范决定，在前几节对各种器件的光谱响应范决定，在前几节对各种器件的光谱响应范 围已作详细介绍，这里可综合归纳其基本要点：围已作详细介绍，这里可综合归纳其基本要点：围已作详细介绍，这里可综合归纳其基本要点：围已作详细介绍，这里可综合归纳其基本要点： 1 1热电探测器的热电探测器的热电探测器的热电探测器的光谱响应范围最宽光谱响应范围最宽光谱响应范围最宽光谱响应范围最宽，从可见光到远红外波，从可见光到远红外波，从可见光到远红外波，从可见光到远红外波 段段段段(0.4(0
6、.4100100 m)m)都有平坦的光谱响应，它们的光谱响应范围都有平坦的光谱响应，它们的光谱响应范围都有平坦的光谱响应，它们的光谱响应范围都有平坦的光谱响应，它们的光谱响应范围 主要取决于器件的窗口材料，常用的光学窗口材料有：主要取决于器件的窗口材料，常用的光学窗口材料有：主要取决于器件的窗口材料，常用的光学窗口材料有：主要取决于器件的窗口材料，常用的光学窗口材料有： ? ?一般光学玻璃一般光学玻璃一般光学玻璃一般光学玻璃(300(300800nm)800nm) ? ?石英玻璃石英玻璃石英玻璃石英玻璃(0.26(0.263.53.5 m)m) ? ?锗锗锗锗(1.7(1.72323 m)m)
7、 ? ?KRSKRS- -5(5(碘化铊碘化铊碘化铊碘化铊溴化铊溴化铊溴化铊溴化铊)(0.5)(0.55050 m)m) 2 2光子探测器是光子探测器是光子探测器是光子探测器是对波长响应有选择性对波长响应有选择性对波长响应有选择性对波长响应有选择性的探测器。它们的响应的探测器。它们的响应的探测器。它们的响应的探测器。它们的响应 范围范围范围范围短波限由窗口材料决定，长波限由材料自身特性决定短波限由窗口材料决定，长波限由材料自身特性决定短波限由窗口材料决定，长波限由材料自身特性决定短波限由窗口材料决定，长波限由材料自身特性决定。 光谱响应范围在红外波段的材料很多，但它们的共同特点是光谱响应范围在
8、红外波段的材料很多，但它们的共同特点是光谱响应范围在红外波段的材料很多，但它们的共同特点是光谱响应范围在红外波段的材料很多，但它们的共同特点是 一般要在低温下工作一般要在低温下工作一般要在低温下工作一般要在低温下工作( (多数在液氮温度多数在液氮温度多数在液氮温度多数在液氮温度77K77K下工作下工作下工作下工作) )。光谱响应。光谱响应。光谱响应。光谱响应 范围在可见光及近红外波段的典型材料有：范围在可见光及近红外波段的典型材料有：范围在可见光及近红外波段的典型材料有：范围在可见光及近红外波段的典型材料有： ? ?硒硒硒硒(350(350一一一一700nm700nm， p p 为为为为570
9、nm)570nm) ? ?硅硅硅硅(400(4001100nm1100nm， p p 为为为为850nm)850nm) 3 三、探测器响应频率比较三、探测器响应频率比较三、探测器响应频率比较三、探测器响应频率比较 各种探测器响应频率特性都是由探测器的工作机制 所决定的，各类探测器的响应时间见表 各种探测器响应频率特性都是由探测器的工作机制 所决定的，各类探测器的响应时间见表3.3，一般规律：，一般规律： ?热电探测器热电探测器(除热释电探测器外除热释电探测器外)响应频率最低，一般只能达 几千 响应频率最低，一般只能达 几千Hz，其中热电偶响应频率在，其中热电偶响应频率在100Hz范围内；范围内
10、； ?PC探测器响应频率次之，一般在几探测器响应频率次之，一般在几MHz范围内；范围内； ?PV探测器响应频率比探测器响应频率比PC探测器高，可达到几百探测器高，可达到几百MHz， ?PIN管响应频率最高，可达管响应频率最高，可达GHz。 四、光电特性比较四、光电特性比较四、光电特性比较四、光电特性比较 光电特性直线性是指当加在光电探测器的偏置电压、负载光电特性直线性是指当加在光电探测器的偏置电压、负载光电特性直线性是指当加在光电探测器的偏置电压、负载光电特性直线性是指当加在光电探测器的偏置电压、负载 电阻等参量不变时，探测器输出电压电阻等参量不变时，探测器输出电压电阻等参量不变时，探测器输出
11、电压电阻等参量不变时，探测器输出电压( ( ( (电流电流电流电流) ) ) )值与入射在探测器值与入射在探测器值与入射在探测器值与入射在探测器 上的光照度的线性关系上的光照度的线性关系上的光照度的线性关系上的光照度的线性关系。对于光度测量和辐射度测量来说是一。对于光度测量和辐射度测量来说是一。对于光度测量和辐射度测量来说是一。对于光度测量和辐射度测量来说是一 个非常重要的性能指标。一般地：个非常重要的性能指标。一般地：个非常重要的性能指标。一般地：个非常重要的性能指标。一般地： ? ?光电导探测器的光电特性直线性最差；光电导探测器的光电特性直线性最差；光电导探测器的光电特性直线性最差；光电导
12、探测器的光电特性直线性最差； ? ?光伏探测器较好；光伏探测器较好；光伏探测器较好；光伏探测器较好； ? ?光电倍增管的光电特性直线性最好。光电倍增管的光电特性直线性最好。光电倍增管的光电特性直线性最好。光电倍增管的光电特性直线性最好。 五、入射光功率范围比较五、入射光功率范围比较五、入射光功率范围比较五、入射光功率范围比较 入射光功率范围是指探测器所能探测到的最低光功率和入射光功率范围是指探测器所能探测到的最低光功率和入射光功率范围是指探测器所能探测到的最低光功率和入射光功率范围是指探测器所能探测到的最低光功率和 最高光功率。最高光功率。最高光功率。最高光功率。 ? ?一般探测器的入射光功率
13、范围在一般探测器的入射光功率范围在一般探测器的入射光功率范围在一般探测器的入射光功率范围在1010 - -7 7 WW到到到到0.1W0.1W量级。量级。量级。量级。 ? ?在探测极微弱的可见光信号时多采用在探测极微弱的可见光信号时多采用在探测极微弱的可见光信号时多采用在探测极微弱的可见光信号时多采用光电倍增管或光电倍增管或光电倍增管或光电倍增管或 APDAPD， ，光电倍增管 光电倍增管光电倍增管光电倍增管入射光功率范围在入射光功率范围在入射光功率范围在入射光功率范围在1010 - -9 9 1010 - -3 3 WW内；内；内；内； APDAPD在在在在1010 - -7 7 1010
14、- -5 5 WW范围内；范围内；范围内；范围内； ? ?探测高能量激光功率时多采用光子牵引探测器。探测高能量激光功率时多采用光子牵引探测器。探测高能量激光功率时多采用光子牵引探测器。探测高能量激光功率时多采用光子牵引探测器。 六、外加偏置电压比较六、外加偏置电压比较六、外加偏置电压比较六、外加偏置电压比较 ? ?除除除除热电偶、光电池、热释电探测器、光子牵引探测器热电偶、光电池、热释电探测器、光子牵引探测器热电偶、光电池、热释电探测器、光子牵引探测器热电偶、光电池、热释电探测器、光子牵引探测器以以以以 外，大部分光电探测器都需要外加偏置电压才能形成光外，大部分光电探测器都需要外加偏置电压才能
15、形成光外，大部分光电探测器都需要外加偏置电压才能形成光外，大部分光电探测器都需要外加偏置电压才能形成光 电流电流电流电流( (电压电压电压电压) )；一般偏置电压都在几伏到几十伏范围，可以；一般偏置电压都在几伏到几十伏范围，可以；一般偏置电压都在几伏到几十伏范围，可以；一般偏置电压都在几伏到几十伏范围，可以 由整个光电系统的供电电路统一供电，比较方便。由整个光电系统的供电电路统一供电，比较方便。由整个光电系统的供电电路统一供电，比较方便。由整个光电系统的供电电路统一供电，比较方便。 ? ?光电倍增管的外加直流电压在光电倍增管的外加直流电压在光电倍增管的外加直流电压在光电倍增管的外加直流电压在6
16、006003000v3000v范围；供电范围；供电范围；供电范围；供电 电路必须另外单独提供，给使用这类探测器带来不便；电路必须另外单独提供，给使用这类探测器带来不便；电路必须另外单独提供，给使用这类探测器带来不便；电路必须另外单独提供，给使用这类探测器带来不便； ? ?APDAPD外加直流偏置电压在外加直流偏置电压在外加直流偏置电压在外加直流偏置电压在100100200V200V，供电电路也须，供电电路也须，供电电路也须，供电电路也须 单独提供。单独提供。单独提供。单独提供。 4 七、探测率七、探测率七、探测率七、探测率D*D*大小的比较大小的比较大小的比较大小的比较 探测率探测率探测率探测率D*D*包含了探测器噪声特性，因此它是衡量一个包含了探测器噪声特性，因此它是衡量一个包含了探测器噪声特性，因此它是衡量一个包含了探测器噪声特性，因此它是衡量一个 探测器性能的综合性指标。探测器性能的综合性指标。
