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文档简介
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
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