探测器性能比较

3.6探测器性能比较

3.6.1单元光电探测器的性能及应用比较

3.6.2光电成像器件性能及应用比较

为了在设计光电系统选择探测器时综合参考，将各类光电探测器的性能和应用范围作一简要的比较；注意：由于实际工程测量和科学研究所需解决的问题干差万别，以致对光电系统所需的性能参量各有侧重。本节将以光电探测器的一些基本参量对各类探测器作一比较。3.6.1单元光电探测器性能及应用比较

(a)(b)(4)(PE-PhotoEmission)(PMT-PhotoMultiplierTube)(PC-Photoconductive)(PV-PhotoVoltaic)(SBD－SchottkyBarrierPhotoDiode)(PEM-photoelectromagnetic)(photondrageffective)(Bolometer)PositiveTemperatureCoefficient(seebeckeffect)Pyroelectricsensor(MCP-MicrochannelPlates)(Dynode)(APD－AvalanchePhotoDiode)thermocouples&thermopileNegativeTemperatureCoefficientSolarcell（photocell）PhotoDiodephotoconductor(imageintensifiers)

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：

(1)低阻探测器：内阻低于1000。

(2)中阻探测器：内阻在100Ω一lMΩ之间。

(3)高阻探测器：内阻高于1MΩ

一、典型探测器内阻值比较二、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主要由制作器件的材料决定，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：1．热电探测器的光谱响应范围最宽，从可见光到远红外波段(0.4～100µm)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：一般光学玻璃(300～800nm)；石英玻璃(0.26～3.5µm)；锗(1.7～23µm)；KRS—5(碘化铊—溴化铊)(0.5～50µm)。2．光子探测器是对波长响应有选择性的探测器。它们的响应范围由材料自身特性决定。光谱响应范围在可见光及近红外波段，最重要的材料有：硒(350一700nm，λp为570nm)、硅(400—1100nm，λp为850nm)，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(多数在液氮温度77K下工作)。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3.3，一般规律：热电探测器(除热释电探测器外)响应频率最低，一般只能达几千Hz，其中热电偶响应频率在100Hz范围内；PC探测器响应频率次之，一般在几MHz范围内；PV探测器响应频率比PC探测器高，可达到几百MHz，PIN管响应频率最高，可达GHz。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、负载电阻等参量不变时，探测器输出电压(电流)值与入射在探测器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；光伏探测器较好；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。一般探测器的入射光功率范围在10-7W到0.1W量级。作为特殊情况，在探测极微弱的可见光信号时多采用光电倍增管，其入射光功率范围在10-9～10-3W内；APD在10-7～10-5W范围内；探测高能量激光功率时多采用光子牵引探测器和热电偶。

六、外加偏置电压比较除热电偶、光电池、光子牵引探测器以外，大部分光电探测器都需要外加偏置电压才能形成光电流(电压)；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。光电倍增管的外加直流电压在600～3000v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；APD外加直流偏置电压在100～200V，供电电路也须单独提供。七、探测率D*大小的比较探测率D*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。从总体上看：热电探测器的D*值最低，PC探测器的D*值次之，PV探测器的D*值最高。由于光电倍增管具有很高的内增益，在紫外和可见光波段探测微弱光信号方面仍是其它固体探测器所不能替代的。

八、工作环境及稳定性比较探测可见光波段的硅光电探测器、CdS，CdSe光敏电阻以及热电偶对工作环境没有特殊要求，而且体积小，稳定性比较好，使用方便。光谱响应在红外波段的光电探测器一般都在低温下工作，需要致冷装置。如果对所探测的红外波段信号的灵敏度的要求不是很高时，一般可采用常温工作的热探测器。光电倍增管属于真空类器件，由于对杂散光、电磁干扰都十分敏感，同对，器件尺寸大，需要防震、防潮，对工作环境的要求比较苛刻。九、价格比较硅、CdS、CdSe和制作热敏电阻的金属氧化物类的材料均是比较成熟的材料，应用范围宽，制作工艺简单，因此价格便宜；应用于红外波段的各类光子探