光电子技术十二光辐射的探测技

1、光电子技术课件十二光辐射的探测技1第1页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一 光电探测器的性能参数 光电探测器和其它器件一样，有一套根据实际需要而制定的特性参数，用于评价探测器的性能优劣。 光电探测器的性能参数主要的有：积分灵敏度R，光谱灵敏度R ，频率灵敏度Rf ，量子效率 ，通量阈Pth和噪声等效功率NEP，归一化探测度D* 等。2第2页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一一、积分灵敏度R灵敏度也常称作响应度，它是光电探测器光电转换特性的量度。 光电流 （或光电压u）和入射光功率P之间的关系 称为探测器的光电特性。3第3页，共24页，2022年，5月20

2、日，4点19分，星期一灵敏度R定义为这个曲线的斜率：Ri电流灵敏度（积分电流灵敏度） Ru电压灵敏度（积分电压灵敏度） 4第4页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一二、光谱灵敏度R 相对光谱灵敏度： 光电探测器和入射光功率的光谱匹配非常重要。参见教材114面图4-6。 如果是 常数，则相应的探测器为无选择性探测器，如：光热探测器；反之，则为选择性探测器，如光子探测器。是指 的最大值，对应的波长称为峰值波长。5第5页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一三、频率灵敏度Rf（响应频率fc和响应时间 ） 如果入射光是强度调制的，在其他条件不变下，光电流 将随调制频率

3、f的升高而下降，这时的灵敏度称为频率灵敏度Rf 。 探测器的响应时间或时间常数，由材料、结构和外电路决定。 6第6页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一四、量子效率 光谱量子效率： 量子效率表示探测器吸收的光子数和激发的电子书之比。7第7页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一五、通量阈Pth和噪声等效功率NEP 通量阈探测器所能探测的最小光信号功率8第8页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一噪声等效功率NEP单位信噪比时的信号光功率。信噪比SNR定义为：9第9页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一六、归一化探测度D*(读作

4、D星) 探测度D： 探测器光敏面积A和测量带宽f对D值影响大。探测器的噪声功率 探测器的噪声功率 10第10页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一定义归一化探测度： 给出D*值时注明响应波长、光辐射调制频率f及测量带宽f,即D*(, f, f)。 11第11页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一七、其它参量 光电探测器还有其它一些参量，在使用时必须注意到。主要的有：光敏面积、探测器电阻、电容、工作电压、工作电流、温度、光照功率范围等。12第12页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一3 光电探测器的噪声 依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪

5、声可大致分为散粒噪声、热噪声和低频噪声三类。 （自学）13第13页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一4 常用光电探测器简介 一、光敏电阻光电导效应原理（半导体材料的体效应）光电导探测器光照下改变自身的电阻率（光照愈强,器件自身的电阻愈小）光敏电阻（光导管） 本征型光敏电阻 一般在室温下工作适用于可见光和近红外辐射探测 非本征型光敏电阻 通常在低温条件下工作常用于中、远红外辐射探测 14第14页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一1. 光敏电阻的结构和偏置电路以CdS光敏电阻为例15第15页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一2. 工作特性

6、 （1）光敏响应特性 16第16页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一（2）光照特性和伏安特性 光照特性曲线 17第17页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一线性伏安特性 18第18页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一（3）时间响应特性 光敏电阻的响应时间常数是由电流上升时间和衰减时间表示的。 光敏电阻的响应时间与入射光的照度，所加电压、负载电阻及照度变化前电阻所经历的时间（称为前历时间）等因素有关。 19第19页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一（4）稳定特性 光敏电阻的阻值随温度变化而变化的变化率,在弱光照和强光照

7、时都较大,而中等光照时,则较小。 例：CdS光敏电阻的温度系数在10lx照度时约为0；照度高于10lx时，温度系数为正；小于10lx时，温度系数反而为负；照度偏离10lx愈多，温度系数也愈大。另外，当环境温度在0+60的范围内时，光敏电阻的响应速度几乎不变；而在低温环境下，光敏电阻的响应速度变慢。例如，-30时的响应时间约为+20时的两倍。光敏电阻的允许功耗,随着环境温度的升高而降低。 20第20页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一（5）噪声特性 光电导探测器的噪声主要有三个噪声源贡献：产生-复合噪声、热噪声、1/f 噪声。21第21页，共24页，2022年，5月20日，4

8、点19分，星期一3.几种典型的光敏电阻 （1）CdS和CdSe低造价、可见光辐射探测器光电导增益比较高(103104) 响应时间比较长(大约50ms) （2）PbS：近红外辐射探测器波长响应范围在13.4m，峰值响应波长为2m内阻（暗阻）大约为1M响应时间约200s22第22页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一（3）InSb在77k下,噪声性能大大改善峰值响应波长为5m 响应时间短（大约5010-9s） （4）HgxCd1-xTe探测器化合物本征型光电导探测器,它是由HgTe和GdTe两种材料混在一起的固溶体,其禁带宽度随组分x呈线性变化。当x=0.2时响应波长为814m,工作温度77k，用液氮致冷。 23第23页，共24页，2022年，5月20日，4点19分，星期一4. 使用注意事项（1