第二章光电检测器件工作原理及特性.ppt

光电信号检测,第二章光电检测器件工作原理及特性,2-1光电检测器件的物理基础光电导效应杂质光电导效应光生伏特效应光热效应2-2光电检测器件的特性参数,光电信号检测,光辐射探测器分类,按原理分：光子探测器、热探测器1.光子探测器：基于光子与物质相互作用所引起的光电效应为原理的一类光辐射探测器。特点：灵敏度高，响应快，对波长敏感2.热探测器：基于光辐射作用的光-热效应和热-电转换效应院里的一类光辐射探测器。特点：响应慢，对波长不敏感，灵敏度比光子探测器低，工作环境要求低（室温）。,光电信号检测,按探测器的应用方式，结构和作用分：点探测器、阵列探测器（成像探测器）光辐射探测器的选取对光电信号探测系统的设计和改善具有重要意义。熟悉各类光辐射探测器的特点性能。,光电信号检测,2-1光子探测器,一、光电子发射探测器定义：利用了光电效应原理制成的一类光辐射探测器被称为。光电效应：因光照而引起材料电学特性的改变统称为光电效应。种类：真空光电二极管，光电倍增管微通道板各类成像光电子发射器件特点：响应速度快、增益高、噪声低可大面积探测，探测元密度高，良好的探测灵敏度，良好空间分辨率。,光电信号检测,光电效应的种类：1外光电效应光电发射效应：当光照射到材料上使材料向真空中发射电子。2内光电效应光电导效应：当光照射到材料上使材料电导率发生变化。光伏效应：当光照射到材料上使材料产生光电势。,光电信号检测,（一）光电子发射与光电阴极光电子发射效应金属或半导体受光照时，如果入射的光子能量h足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子从材料表面逸出的现象，称为光电子发射效应，也称作外光电效应。,光电信号检测,光电子发射效应是真空光电器件光电阴极的物理基础。(外光电效应)光电子发射效应演示图,光电信号检测,1905年,爱因斯坦（Albert.Einstein)将量子论用于光电效应之中，提出光子理论。1921年，爱因斯坦以他在理论物理方面的成就，特别是发现光电效应定律，获诺贝尔物理学奖。,光电信号检测,光量子学说的提出，成功的解释了光电效应现象的实验结果，促进了光电检测理论、光电检测技术和光电检测器件等学科领域的飞速发展；因此，从这个意义上讲，爱因斯坦是光电检测理论之父。爱因斯坦在其光量子学说中所提出的有关光量子这一概念，光量子学说是光子学、光子技术、光子工程和光子产业的发端；因此，从这个意义上讲，爱因斯坦是光子学、光子技术、光子工程和光子产业的先导。,光电信号检测,2009年诺贝尔奖各奖项即将揭晓之际，诺贝尔基金会评出了诺贝尔奖百余年历史上“最受尊崇的”三位获奖者，爱因斯坦是其中之一。1921年物理学奖得主阿尔伯特爱因斯坦因其有关“光电效应”的论文，狭义相对论而获奖。相对论是人类科学史上最重要的理论之一。1964年和平奖得主马丁路德金是著名的美国黑人民权运动领袖。他于1963年在林肯纪念堂前发表演说我有一个梦想，反对种族歧视、争取平等的正义呼声至今回荡不绝。,光电信号检测,1979年和平奖得主特里萨修女是天主教仁爱传教会创建人，毕生致力于慈善事业。她于1910年出生在阿尔巴尼亚，18岁时因受印度大诗人泰戈尔的影响，来到印度投身慈善事业。1949年，特里萨修女在加尔各答创立了慈善机构“慈善会”，并以此为基地，在印度开展救助孤儿、穷人、老人和麻风病患者的慈善工作。特里萨修女在印度和其他国家创办了50余所学校、医院、济贫所、青年中心和孤儿院。人为什么而活着？人生的意义是什么？哲学书解决这个问题，如尼采，卢梭，台大傅佩荣教授,光电信号检测,孔子提出：人才教育安身“礼，乐，射，御，书，数”六艺人格教育立命人性向善，人人皆可成为圣人人文教育和谐人生诗歌音乐等，音乐陶冶情操，抒发喜怒哀乐,光电信号检测,2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟发明的光纤(有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面)500万瑞典克朗（71.8万美元）美国科学家威拉德博伊尔和乔治史密斯。发明成像半导体电路电荷耦合器件(CCD)图像传感器,光电信号检测,诺贝尔物理学奖评选委员会主席约瑟夫努德格伦用一根光纤电缆形象地解释了高锟的重要成就：早在1966年，高锟就取得了光纤物理学上的突破性成果，他计算出如何使光在光导纤维中进行远距离传输，这项成果最终促使光纤通信系统问世，而正是光纤通信为当今互联网的发展铺平了道路。“今天文字、音乐、图片和图像在一眨眼间传遍全球”，高锟功不可没。另一位评委英厄马尔伦德斯特勒默手持一部数码照相机深入浅出地描述了另两位科学家的成就。他说，博伊尔和史密斯1969年共同发明了CCD图像传感器。这个传感器好似数码照相机的电子眼，通过用电子捕获光线来替代以往的胶片成像，摄影技术由此得到彻底革新。此外，这一发明也推动了医学和天文学的发展，在疾病诊断、人体透视及显微外科等领域都有着广泛用途。获奖感言我对于获颁诺贝尔物理学奖深感荣幸。诺贝尔奖鲜有表彰应用科学的成就，故我从来没有想过会获奖，感到非常惊喜。高锟,光电信号检测,由此，从1841年开始，有科学家尝试利用玻璃棒甚至是水柱，制造传输光的管道。1889年，巴黎世博会上，一条条传导着光线的水流组成一道缤纷的瀑布，吸引了许多人的眼球。其后，玻璃光纤被用于胃窥镜，传输光的游戏由此拥有了更实际的意义。但直到高锟之前，光纤的实际价值也仅限于医疗等有限领域。科学家曾经考虑过将光作为通信信号的传输载体，因为制备玻璃光纤的材料几乎就源于砂石，那远比铜廉价。那是在1960年代。但几经努力，结果却让人失望。光在玻璃光纤中传输，会剧烈衰减，1公里之后就会衰减到100亿分之一按此计算，如果经过一条1公里长的输水管，“水立方”满满一池的水将只剩下一滴。,光电信号检测,刚过而立之年的高锟，就面对着这样的局面主流的科学家都认为，基于如此高的损耗，光纤虽然可用在短短的胃镜导管上，但用于长距离通信根本不可能。而伟大的发现，往往就蕴藏于对于“不可能”的否定。高锟1933年生于中国上海，家境应该属于不错。他小时候住在法租界，父亲是位律师。据报道，童年的高锟对化学最感兴趣，小小年纪的他曾经自己做土炸弹。后来，他又迷上了无线电，小小年纪就曾成功地装了一部收音机。,光电信号检测,1948年高锟离开香港，举家迁往香港，就读香港大学，但没有他喜欢的电机工程专业，转到英国的伦敦大学。在英国国际电报电话公司就职，并开始攻读博士学位。带着几个人的小团队开始不可完成的任务“光纤通讯研究”。围绕如何降低光在光纤中的剧烈衰减，高锟做了大量研究，排除一系列的影响因素，最终证明玻璃中的离子杂质对光的衰减起到决定性作用。他发现了最适合长距离传输的光的波长。他预言，只要每公里的光衰减小于20dB，即只要保留1%，光纤就可用于通讯。,光电信号检测,科学的价值，在于揭示出某种技术的极限，如果这种极限是可以实现的，那就意味着为新技术开启了一扇大门。高锟的这篇具有历史意义的论文于1966年7月发表。不过，当时人们还无法制造出可以达到高锟要求的那种“超纯净玻璃”。为此，这位物理学家不得不担当起一个“布道者”的角色。他四处拜访玻璃工厂，宣扬他的理论，激励大家一起开发超纯玻璃。高锟以及通信界都没有等待太久。4年后的1970年，美国康宁公司发明了一种特殊的玻璃制造工艺，首次迈过了“20分贝/公里”门槛。之后，技术不断进步，到后来，每公里光纤的衰减被控制在5%之内。成名之前，高锟曾遭受到许多人的嘲笑，但高锟的信心并没有动摇。他说：所有的科学家都应该固执，都要觉得自己是对的，否则不会成功。人要有野心才能成功!,光电信号检测,高锟的发明使信息高速公路在全球迅猛发展，因此获得了巨大的世界性声誉。不过，由于技术的专利权是属于雇用他的公司，他并没有从中得到很多财富。一次，在接受电视采访时，高锟说，我心里觉得，一个人有这样的好运，能做一件前所没有的事情，而且做出来的影响是非常非常大，这对我自己个人说，很满足。就像印刷机让所有老百姓都可以拿到印刷出来的书，可以增加知识，光纤把我们的知识时代，把我们所有的信息，所有要传送的资料，都可以很快地送给人家。所以我很满足，我拿不拿奖，完全对我是没有甚么意思。高锟后来离开英国，1987年起担任香港中文大学校长，1996年退休。同年，他当选为中科院外籍院士。中科院院士、中科院上海技术物理研究所研究员沈学础告诉记者，10多年前，高锟就被公认是最有可能获得诺贝尔奖的华人科学家之一。,光电信号检测,2010年的诺贝尔物理学奖授予了现年51岁的AndreGeim和他的学生36岁的KonstantinNovoselov，以表彰他们在“2维石墨烯材料实验”中的创新之处。,光电信号检测,外光电效应的两个基本定律1光电发射第二定律爱因斯坦定律光电子的最大动能与入射光的频率成正比，而与入射光强度无关：Emax=(1/2)m2max=h-h0=h-W0Emax：光电子的最大初动能。h：普朗克常数。0：产生光电发射的极限频率，频率阈值。W0：金属电子的逸出功（从材料表面逸出时所需的最低能量），单位eV，与材料有关的常数，也称功函数。,光电信号检测,2光电发射第一定律斯托列托夫定律：当照射到光阴极上的入射光频率或频谱成分不变时，饱和光电流（即单位时间内发射的光电子数目）与入射光强度成正比：Ik=SkF0其中：Ik：光电流Sk：光强F0：该阴极对入射光线的灵敏度,光电信号检测,入射光子的能量至少要等于逸出功W时，才能发生光电发射。波长阈值：0=C/0hc/W=1.24(meV)/W=1240/W(nm)当入射光波长大于0时，不论光强如何，以及照射时间多长，都不会有光电子产生。要用红外光（0.76m）发射电子，必须寻求低于1.8eV的低能阈值材料。,光电信号检测,光电子发射的基本过程大致可分三个过程：1)光射入物体后，物体中的电子吸收光子能量，从基态跃迁到能量高于真空能级的激发态。2)受激电子从受激地点出发，在向表面运动过程中免不了要同其它电子或晶格发生碰撞，而失去一部分能量。3)达到表面的电子，如果仍有足够的能量足以克服表面势垒对电子的束缚（即逸出功）时，即可从表面逸出。,光电信号检测,光电发射过程图,光电信号检测,好的光电发射材料（做光电阴极的）应该是：（1）对光的吸收系数大，以便体内有较多的电子受到激发；（2）受激电子最好是发生在表面附近，这样向表面运动过程中损失的能量少；（3）材料的逸出功要小，使到达真空界面的电子能够比较容易地逸出；（4）另外，作为光电阴极，其材料还要有一定的电导率，以便能够通过外电源来补充因光电发射所失去的电子。,光电信号检测,光电阴极材料：1.金属光电阴极忽略散射能量损失，克服表面势垒，吸收光子能量大于金属的逸出功，就有光电子发射。Emax=(1/2)m2max=h-h0=h-W0金属表面发射强，对光辐射吸收低。自由电子数量大，容易碰撞散射损失大量的能量。金属的逸出功是费米能级到真空能级之间的能量差。,光电信号检测,2.半导体光电阴极半导体材料具有良好的光电子发射性能：有较大的吸收系数；导电性适中，避免光电子向表面运动时能量更多的损失；半导体材料价带中电子密度大，存在大量发射电子中心；具有较小的光电逸出功。逸出功根据参杂不同，N型，P型不一样。,光电信号检测,3.负亲和势复合半导体阴极负亲和势复合半导体能带是弯曲的。负电子亲和势半导体的电子逸出功特别小，是一种良好的光电发射阴极材料。例如：GaAs（砷化镓）Cs2O（氧化铯）,光电信号检测,4.光电阴极的性能参数ik=SF其中：ik是光电阴极电流，单位A；F是入射辐射通量，单位是lm;S是光电阴极灵敏度（积分灵敏度）,单位是A/lm。P63表2-1部分光电阴极的主要性能,光电信号检测,2-1光电检测器件的物理基础,光电效应因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应2.1.1.光电导效应光照变化引起半导体材料电导变化的现象称光电导效应。1.本征光电导效应,2-1,2-2,光电信号检测,将普朗克常数及光速值代入式（2-2），得,2-3,光电信号检测,半导体无光照时为暗态，此时材料具有暗电导；有光照时为亮态，此时具有亮电导。如果给半导体材料外加电压，通过的电流有暗电流与亮电流之分。亮电导与暗电导之差称为光电导，亮电流与暗电流之差称为光电流。暗态下Gd=dA/L,Id=GdU=dAU/L亮态下Gl=lA/L,Il=GlU=lAU/L亮态与暗态之差光电导Gp=Gl-Gd=(l-d）A/L=A/L光电流Ip=Il-Id=(Gl-Gd）U=AU/L,光电信号检测,A：半导体材料横截面面积L：半导体材料长度I：电流U：外加电压G：电导：电导率：光致电导率的变化量下标d代表暗，l代表亮，p代表光,光电信号检测,2.光电导弛豫过程（提问）3.光电导增益光电导增益M是表示长度L的光电导体在加电压后，由光照产生的光生载流子在电场作用下形成的外电流与光生载流子在内部形成的光电流之比。计算,其中：,为器件的时间响应，,为载流子的两极渡越时间。,光电信号检测,光电导器件,光电信号检测,光电器件的增益带宽积为常数。2.1.2.杂质光电导效应,为杂质半导体的电离能。,杂质半导体的截止波长比本征半导体的截止波长长。,光电信号检测,杂质硅的原子图象和能带图a)N型半导体b)P型半导体,光电信号检测,N型半导体：在四价原子硅（Si）晶体中掺入五价原子，例如磷（P）或砷（As），形成N型半导体。在晶格中某个硅原子被磷原子所替代，五价原子用四个价电子与周围的四价原子形成共价键，而多余一个电子，此多余电子受原子束缚力要比共价键上电子所受束缚力小得多，容易被五价原子释放，游离跃迁到导带上形成自由电子。,光电信号检测,易释放电子的原子称为施主，施主束缚电子的能量状态称为施主能级ED。ED位于禁带中，较靠近材料的导带底。ED与Ec间的能量差称为施主电离能EI。N型半导体由施主控制材料导电性。,光电信号检测,P型半导体：在四价原子硅（Si）晶体中掺入三价原子，例如硼（B），形成P型半导体。晶体中某个硅原子被硼原子所替代，硼原子的三个价电子和周围的硅原子中四个价电子要组成共价键，形成八个电子的稳定结构，尚缺一个电子。于是很容易从硅晶体中获取一个电子形成稳定结构，使硼原子外层多了一个电子变成负离子，而在硅晶体中出现空穴。,光电信号检测,容易获取电子的原子称为受主。受主获取电子的能量状态称为受主能级EA，也位于禁带中。在价带顶Ev附近，EA与Ev间能量差称为受主电离能EI。P型半导体由受主控制材料导电性。,光电信号检测,2.1.3光生伏特效应,非平衡态下的载流子半导体在外界条件有变化（如受光照、外电场作用、温度变化）时，载流子浓度要随之发生变化，此时系统的状态称为非热平衡态。载流子浓度对于热平衡状态时浓度的增量称为非平衡载流子。光伏效应指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。,光电信号检测,光照下的P-N结P-N结光电效应：,光照下光电流的产生动态图,光电信号检测,当P-N结受光照时，样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子。但能引起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P区产生的光生空穴，N区产生的光生电子属多子，都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。,光电信号检测,光生电子被拉向N区，光生空穴被拉向P区，即电子空穴对被内建电场分离。这导致在N区边界附近有光生电子积累，在P区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由P区指向N区。此电场使势垒降低，其减小量即光生电势差，P端正，N端负。于是有结电流由P区流向N区，其方向与光电流相反。,光电信号检测,光照下的P-N结电流方程：与热平衡时比较，有光照时，P-N结内将产生一个附加电流（光电流）Ip，其方向与P-N结反向饱和电流I0相同，一般IpI0。此时I=I0eqU/KT-(I0+Ip)其中：q为电子电荷，K为波尔兹漫长数，U为PN结两端电压（包括外加电压和光生电压），T为热力学温度。,光电信号检测,开路电压Uoc：光照下的P-N结外电路开路时P端对N端的电压，即上述电流方程中I=0时的U值：I0eqU/KT-(I0+Ip)=0Uoc=(KT/q)ln(Ip+I0)/I0(KT/q)ln(Ip/I0),光电信号检测,短路电流Isc：光照下的P-N结，外电路短路时，从P端流出，经过外电路，从N端流入的电流称为短路电流Isc。即上述电流方程中U=0时的I值，得Uoc与Isc是光照下P-N结的两个重要参数，在一定温度下，Uoc与光照度E成对数关系，但最大值不超过接触电势差UD。弱光照下，Isc与E有线性关系。无光照时，Ip为零。I=I0(eqU/KT-1),光电信号检测,2.1.4光热效应,光伏效应是少数载流子的行为，因此以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。1.热释电效应介质的极化强度随温度变化而变化，引起,某些物质受到光照射后，由于温度变化而造成材料性质发生变化的现象称为光热效应。,光电信号检测,热释电效应PyroelectricEffect,表面电荷变化的现象称为热释电效应。约在公元前300年人们就发现了热释电效应。不过热释电的现代名称pyroelectricity是1824年才由布鲁斯特引入的。热释电效应很早就被发现的原因是他们很容易显示出来。关于热释电效应的最早的记录就是电气石吸引轻小物体。早期主要是对现象的描述，从19世纪末开始，随着近代物理的发展，关于热释电效应的定量和理论的研究日益发展。,光电信号检测,在二十世纪六十年代以来，激光和红外技术的发展极大的促进了热释电效应及其应用的研究，丰富和发展了热释电理论，发现和改变了一些重要的热释电材料，研制了性能优良的热释电探测器和热释电摄像管等热释电器件。热释电效应及其应用已经成为凝聚态物理和技术中活跃的研究领域之一。,光电信号检测,热释电效应指的是极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变使在材料的两端出现电压或产生电流。考虑一个单畴化的铁电体，其中极化强度的排列使靠近极化矢量两端的表面附近出现束缚电荷。在热平衡状态下，这些束缚电荷被等量反号的自由电荷所屏蔽，所以铁电体对外界并不显示电的作用。,光电信号检测,当温度改变时，极化强度发生变化，原先的自由电荷不能再完全屏蔽束缚电荷，于是表面出现自由电荷，它们在附近空间形成电场，对带电微粒有吸引或者排斥作用。通过与外电路连接，则可在电路中观测到电流。升温和降温两种情况下电流的方向相反，与铁电体中的压电效应相似，热释电效应中电荷或电流的出现是由于极化改变后对自由电荷的吸引能力发生变化，使在相应表面上自由电荷增加或减少。,光电信号检测,与压电效应不同的是，热释电效应中极化的改变由温度变化引起，压电效应中极化的改变则是由应力造成的。属于具有特殊极性方向的10个极性点群的晶体具有热释电性，所以常称它们为热释电体。其中大多数的极化可因电场作用而重新取向，是铁电体。经过强直流电场处理的铁电陶瓷和驻极体，其性能可按极性点群晶体来描写，也具有热释电效应。,光电信号检测,响应为10-12秒量级。,相变：随着温度的升高，自发极化强度越来越弱。当温度到达某一特定温度后，自发极化强度降为零。产生相变的温度称为居里温度。,光电信号检测,热释电效应的强弱用热释电系数来表示。假设整个晶体的温度均匀的改变了一个小量T，则极化的改变可由下式给出：,式中p是热释电系数，它是一个矢量，一般有三个非零分量。,光电信号检测,热释电效应在近10年被用于热释电红外探测器中，广泛地用于辐射和非接触式温度测量、红外光谱测量、激光参数测量、工业自动控制、空间技术、红外摄像中。我国利用ATGSAS晶体制成的红外摄像管已开始出口国外。其温度响应率达到45A/，温度分辨率小于0.2，信号灵敏度高，图像清晰度和抗强光干扰能力也明显地提高，且滞后较小。此外，由于生物体中也存在热释电现象，故可预期热释电效应将在生物，乃至生命过程中有重要的应用。,光电信号检测,辐射热计效应入射光的照射使材料由于受热而造成电阻率变化的现象称为辐射热计效应。,为电阻温度系数，,温度变化足够小时，有,光电信号检测,对于金属材料，电阻与T成正比，即R=BT，,此时，电阻温度系数与温度成反比。,对于半导体材料，电阻与温度成指数关系，,光电信号检测,温差电效应两种不同材料制成的结点由于受到某种因素作用而出现了温差，就有可能在两结点间产生电动势，回路中产生电流，即温差电效应。帕尔贴系数表示单位电流在通过接头时所吸引或放出的热功率。,光电信号检测,2-2光电检测器件的特性参数,热电检测器件：热释电检测器热敏电阻热电偶热电堆特点：1.对波长无选择性；2.响应慢（ms级）；,光电信号检测,光子检测器件（通常的光电检测器件）：1.电真空或光电发射型检测器件（光电管，光电倍增管）2.固体或半导体检测器件（光敏电阻，光电二，三级管，光电池等）特点：1.响应波长有选择性；2.响应速度快（纳秒百微妙）。,光电信号检测,2-2光电器件的性能参数,一、光辐射探测器对光辐射的响应参数（一）光辐射探测器的灵敏度响应参数1.响应度（探测灵敏度,响应率，积分灵敏度）探测器输出信号与输入辐射功率之间关系的度量。,分别称为电压响应度和电流响应度。,是光电检测器上输出的电压或电流与入射的单色辐通量之比。,光电信号检测,2.光谱响应度探测器响应与入射波长的函数关系。通常将最大响应值作为分母得到相对光谱响应。对于热探测器相对光谱响应曲线原则上为一条直线。对于光子探测器，光谱响应曲线有极大值，探测器的称为峰值响应，对应的波长为峰值波长。,光电信号检测,响应度还受调制频率，工作温度，偏置条件的影响。一般用黑体作辐射源测试时记作S（Tb，f,f）。其中：Tb黑体的温度，f调制频率，f放大器的噪声带宽。单色光辐射源时记为S（，f,f）放大器的噪声带宽f：指矩形功率增益曲线的频率间隔，该矩形功率增益曲线下面积等于实际功率增益频率曲线下面积。,光电信号检测,光电器件的性能参数,3.积分响应度表示检测器对各种波长的辐射光连续辐射通量的反应程度。总光通量为：,输出光电流为,积分响应度为,光电信号检测,光电器件的性能参数,4.噪声等效功率NEP又称为最小可测功率，定义为光电器件输出的信号电压的有效值等于均方根电压值时的入射光功率，用公式表示为式中：为器件输出信噪比；为入射光功率；为光电器件的电压灵敏度。NEP的单位为W(瓦)。,光电信号检测,光电器件的性能参数,5.归一化噪声等效功率NEP*由于许多光电器件的NEP与器件的光敏面积A和测量系统的带宽f的乘积平方根成正比。因为面积大，接收到的背景噪声也大。为了便于对光电器件之间性能的比较，剔除器件面积和带宽的影响，引入归一化噪声等效功率,光电信号检测,光电器件的性能参数,6.探测度D与比探测度D*NEP和NEP*都是越小越好，但不符合人们的习惯。因此定义NEP的倒数为光电器件的探测度，作为衡量一个器件探测能力的重要指标。,光电信号检测,与归一化的噪声等效功率相应的归一化探测度被称为比探测度,用D*表示。,光电信号检测,7.量子效率,量子效率是描述光电器件光电转换能力的一个重要参数，它是在某一特定波长下单位时间内产生的平均光电子数与入射光子数之比，它通常小于1，可以视为微观灵敏度。,光电信号检测,光电器件的性能参数,8.响应时间是描述光电检测器对入射辐射响应快慢的一个参数。常用时间常数来表示，为上升时间tr和下降时间tf之和。tr为光生载流子浓度从零值增长到稳态值的63%时所需要的时间，tf表示从去掉光源前的稳态衰减到稳态值的37%所需要的时间。9.频率响应光电器件的响应随入射辐射的调制频率而变化的特性称为频率响应。,是频率为f时的响应度,是频率为零时的响应度。,光电信号检测,光电器件的性能参数,器件的输出信号功率降到零频时的一半，即信号下降到零频时的0.707时，可得到上限截止频率fc。,光电信号检测,9.线性度描述光电检测器的光电特性或光照特性输出信号与输入信号保持线性关系的程度。通常用非线性误差表示。,线性区的下限由噪声决定，上限由饱和效应或负载决定。光电检测器线性区域和后续的电子线路有很大关系，需要有考虑的设计。,光电信号检测,10.信噪比（S/N）,信噪比是判别器件噪声大小的参数。,光电信号检测,11.工作温度光电检测器在不同的温度下，性能会有较大变化。与电子器件不同。如响应波长上的变化，噪声特性的改变等。工作温度就是最佳工作状态时的温度，也是光电器件重要的特性参数之一。,光电信号检测,（二）光辐射探测器的工作使用参数1.几何参数a探测器的面积标称面积An厂家提供的探测器响应面积选用面积As将辐照度E转换为功率P的选用面积P=EAs有效面积Ae探测器整体响应度与最大响应度的比值。,光电信号检测,通常用标称面积An或有效面积Ae作为探测器的选用面积As，计算出探测器上的辐射功率。b探测器的视场角和立体角响应元的中心对冷光栅的张角称为探测器的视场角。是带有冷屏的致冷型探测器和具有浸没透镜的温室探测器计算其归一化探测度所必须知道的参数。,光电信号检测,2.工作参数a探测器的阻抗定义：探测器的阻抗为瞬时电压对通过它的瞬时电流的微分。容性感性纯阻抗型低阻探测器1M需与高输入阻抗放大器匹配,光电信号检测,b探测器的偏置条件光伏探测器：反向偏置零偏置光电导光敏电阻：电流偏置电压偏置根据探测器的工作状态选择合适的偏置条件C探测器的工作环境温度辐射探测器对温度敏感，需要特定的工作环境温度。有些还有制冷要求，液氮液氦等制冷剂保证。,光电信号检测,光电检测器在不同的温度下，性能会有较大变化。与电子器件不同。如响应波长上的变化，噪声特性的改变等。工作温度就是最佳工作状态时的温度，也是光电器件重要的特性参数之一。,光电信号检测,光辐射探测器的噪声,二、光辐射探测器的噪声（一）噪声的统计特性噪声：器件内部粒子的不规则运动或外界随机干扰形成的一种无用信号。噪声产生是随机过程，利用统计的理论和方法噪声分类：外部噪声：产生于系统外部，以电磁形式或其他耦合串进系统内。例如：开关闭合、打雷闪电,光电信号检测,内部噪声：主要由系统内部光和电的基本性质引起。散弹噪声产生复合噪声热噪声温度噪声闪烁噪声,光电信号检测,