6第六章 光电探测技术

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 lmorA WorV 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