第二章光电检测器件1.ppt

1、佐原健二光电检测装置，2-1光电检测技术的特性参数，2-2真空光电检测器元件，2-3半导体光检测装置，2-4各种光学元件的性能比较和选择，1，2-1光电检测元件的基本特性参数，1。响应特性参数，1 1 .与响应相关的特性参数、2、光谱响应度、(1)等光功率和波长不同的单色光入射时光电探测器输出的信号不同，因此引入了光谱响应度概念。(2)光谱响应度是光探测器的输出信号与入射单色辐射通量(光通量)之比。(3)根据转换信号，电压频谱响应也可以分为SV()和电流频谱响应也可以分为SI()。3，2-1光电检测装置的基本特性参数，1 .对响应的特性参数，3，积分响应度，(1)积分响应度描述了光电探测器对连

2、续辐射通量(光通量)的响应程度。(2)连续辐射通量(光通量)是单色辐射通量(光通量)和波长之间的积分。总输出光电信号是每个单色光产生的光电信号的总和。(3)根据光电转换信号，电压响应也可以分为S0V和电流响应也可以分为S0I。4，2-1光电检测装置的基本特性参数，1 .响应属性参数，4 .响应时间，(1)响应时间是描述光探测器对入射辐射的响应速度的重要参数。(2)通常用上升时间和下降时间表示。(3)从10%上升到90%峰值所需的时间称为上升时间。从90%降到10%峰值所需的时间称为下降时间。5，2-1光电检测装置的基本特性参数，1 .响应的特性参数，5 .由于存在频率响应、(1)光检测器信号生

3、成和消失的延迟过程，因此入射光辐射的调制频率对检测器的响应有很大影响。(2)光探测器的响应随入射辐射的调制频率变化的特性称为频率响应。6，2-1光电检测装置的基本特性参数，2 .噪音的性质参数，1 .探测器的主要噪声源，(1)热噪声也称为约翰逊噪声，是由托架的不规则热运动引起的噪音。与温度成正比。(2)散弹噪音也称为散弹噪音，是由流子穿越路障的随机波动引起的噪音。(3)生成-复合噪声是电流者的生成率和复合率在一定时间间隔内平均上下波动的噪音。(4) 1/f噪音也称为闪烁噪音或低频噪音，是由于感光层上的粒子不均匀或不必要的微量杂质的存在而导致电流老化时，粒子之间微小火花放电引起的微爆炸脉冲。特征

4、：频率越低，噪音越大。7，2-1光电检测装置的基本特性参数，2 .噪音的属性参数，2 .测量噪音的参数，(1)噪音比例是确定噪音大小的常用参数。信号功率和噪声功率与负载电阻的比率。(2)等效噪声输入在特定带宽下产生的均方根信号是等于均方根噪声电流值的输入通量。(3)噪音等效功率信噪比为1时进入探测器的辐射通量。(4)检出率噪声等效功率的倒数。(5)暗电流没有输入信号和背景辐射时流动的电流。8，光辐射检测设备列表，(光子检测设备)，(光电发射检测设备)，9，2-2真空光电探测器部件，真空光电池，真空光电池的形状，10，真空光电池，真空光电池的组成，1，真空光电池由玻璃外壳组成，2，3，光电阴极是

5、半导体光电发射材料，涂在玻璃壳内壁，照明时可以向外发射光电。4，阳极位于金属环或金属网的光电阴极的对面，用于增加正的高电压，收集阴极发射的电子。2-2真空光电探测器部件，11，真空光电池，真空光电池的特征，1，光电阴极面积大，灵敏度高，一般积分灵敏度为20200 a/lm；中选择所需的构件。2，至少10-14A；的暗电流小。3，光电发射缓解过程很短。，4，一般体积较大，工作电压达数百伏，玻璃壳易碎。2-2真空光电探测器部件，12，光电倍增管(PMT)，光电倍增管形状，2-2真空光电探测器部件，13，光电倍增管，光电倍增管配置，光窗侧窗和端窗类型是入射光的通道。常用的光窗材料包括钠钙玻璃、硼硅酸

6、盐玻璃、紫外线玻璃、熔融石英、溴镁玻璃等。入射光，光电阴极，聚焦电极，二次发射电子，倍增系统，最后阶段倍增，阳极，管座，针，光窗，2-2真空光电探测器部件，14，光电管道，光电管道的组成，光电阴极接收入，因此倍增管光谱特性的长波，2-2真空光电探测器部件，入射光，光电阴极，聚焦电极，二次发射电子，倍增系统，最终相位倍增，阳极，管座，针，光窗，15，光电管道，光电管道的组成，电子光学系统为，2 17、光电管道、光电管道的组成，阳极是金属、2-2真空光电探测器部件、入射光、光电阴极、聚焦电极、二次发射电子、倍增系统、最终相位倍增、阳极、管座、针脚、光窗、18 2.测试阴极灵敏度时，阴极为单极，其他

7、倍增器和正极都连接到其他磁极，加上100300V直流电压，照射在光电阴极上的光通量约为10-210-5lm。3.测试阳极灵敏度时，在每个乘法器极和阳极上添加适当的电压。阳极灵敏度是整个管道参数，与添加到整个管道的电压有关，因此必须显示添加到整个管道的电压。2-2真空光电探测器部件，20，21，光倍增管，光倍增管的主要参数和特性，电流增益m(放大倍数G) 1。阳极电流与阴极电流的比率或阳极敏感度与阴极电流的比率，即m=ia/ik=3。放大比例G大致如下：在表达式中，k1表示第一个乘法器为阴极发射电子的聚集率，gn表示乘法器之间的传输效率，N表示乘法器极数。4.通常，k1=0.9、g=1、n为91

8、4、G=105 108。2-2真空光电探测器部件，22，2-2真空光电探测器部件，光电倍增管，光电倍增管的主要参数和特性，暗电流1。在每个电极上添加正常工作电压，如果阴极没有照明，则阳极的输出电流。限制可测量直流光通量的最小值，是验证管道质量的重要参数。暗电流要选择小管道。2.产生暗电流的因素更多，例如接近阴极和阴极的乘法器。阳极或其他电极的泄漏；极间电压过高而产生的场发射；光反馈以及窗玻璃中可能含有的少量钾、钚、钚等放射性元素的影响。23，光电倍增管，光电倍增管的主要参数和特性，电压特性1。光电倍增管的电压特性曲线分为阴极电压特性曲线和阳极电压特性曲线。2.阴极保岩特性曲线是指阴极电流和阴极

9、电压之间的关系。3.阳极电压特性曲线表示阳极电流与阳极和最终一阶乘法器极之间的电压关系。4.在电路设计中，通常使用阳极电压特性曲线计算负载电阻、输出电流和输出电压。2-2真空光电探测器部件，24，阳极伏安特性曲线，25，光电倍增管，光电倍增管的主要参数和特性，光电特性1。阳极光电流和光阴极入射通量之间的函数关系。2.在模拟测量的情况下，必须选择光电倍增管，使光电流和光在大范围内保持线性关系。3.工程上的一般性质，线3%超出了线性区域的限制。2-2真空光电探测器部件，26，光电倍增管，光电倍增管的主要参数和特性，时间特性和频率响应1。倍增管的时间响应很快，通常小于1ns。2.存在也是时间离散t

10、3。乘法器管的响应频率通常定义为2-2真空光电探测器组件，27，光电倍增管，光电倍增管的主要参数和特性，噪声和噪声等效功率1。噪声等效功率(NEP)表示当乘法器管阳极信号与噪声有效值的比值为1时，入射到乘法器管光电阴极的光功率(光通量)的有效值。也就是说，如果IA/InA=1，则NEP=InA/SA是倍增管可以检测到的信号光功率(通量)的最小值。2-2真空光电探测器组件，28，光电倍增管，光电倍增管的主要参数和特性，磁场特性1。大多数光电倍增管受磁场影响。2.光电在磁场的作用下脱离正常运动轨迹，倍增管的灵敏度下降，干性增加。3.为了减少外部磁场对倍增管的影响，通常需要在管道外部添加磁屏蔽筒。4

11、.受磁场的影响，以一定强度的线偏振从一个角度进入光电极，不断改变偏振面，阳极输出电流就会相应地发生变化。因此，最好在光电倍增管前设置脱水机，减少这种误差。2-2真空光电探测器组件，29，光电倍增管，光电倍增管电源电路，1一般各级电压约为80100V，总电压约为10001300V。光电管道电源原理图，C1 C2 C3，2-2真空光电探测器部件，30，光电管道，光电管道的电源电路，2。电源电压稳定性要求：电源电压稳定性要求高。电源电压不稳定会导致许多参数，尤其是电流增益变化，直接影响输出特性。目前有光电倍增管专用电源调节器块。光电管道电源原理图，C1 C2 C3，2-2真空光电探测器组件，31，光

12、电管道，光电管道的电源电路，3，光电管道电源原理图，C1 C2 C3，2-2真空光电探测器组件，32，光电管道，光电管道的电源电路，4接地方法：乘数管道的接地方法有两种。也就是阴极接地或阳极接地。阴极接地的特征3360易于屏蔽，光，磁。暗电流小，噪音低。但是阳极在正压下，寄生电容器大，电缆连接可能会变得复杂。阳极接地的特征：与后面的放大器容易接触并工作。但是阴极处于负高压下，屏蔽膜不能离阴极很近，至少要保持12厘米的间隔，屏蔽效果不好，暗电流和噪音都比阴极接地时大，整个管道装置的体积也更大。2-2真空光电探测器部件，33，2章光检测设备，2-1光检测技术的特性参数，2-2真空光电探测器部件，2

13、-3半导体光检测设备，2-4各种光学器件的性能比较和选择，34，2-3半导体光检测设备1。光民电阻，光民电阻的外观，36，光民电阻的构成，12。光敏面呈蛇型，电极呈雨型。因为这样可以保证更大的光的表面，减少电极之间的距离，不仅可以减少极间电子穿越时间，还可以提高灵敏度。37，2-3半导体光电传感装置，1，光敏电阻，常用光电导材料，38，光敏电阻的主要特性，1。光电灵敏度Sg灵敏度定义：响应量与输入量之比。也就是说，Sg=Gp/E Gp:光电度(西门子S(-1)单位)。e:照度，以勒克斯(LX)为单位。Sg:西门子/勒克司(S/lx)或Sm2/W 1 lx=W/m2，39，2-3半导体光电感应装

14、置，1，光敏电阻，光敏电阻的主要特性，2。光导特性光电流与照度的关系光敏电阻光电特性如下。Ip=SgEU (Sg=Gp/E) Ip:光电流Sg:光电敏感度E:照度：照明金志洙U:添加到光敏电阻两端的电压：电压金志洙，与40，2-3半导体光电感应器件光电导体和电极材料之间的接触有关，在欧姆接触时为1，41，2-3半导体光电传感装置，1，光敏电阻，光敏电阻的主要特性，2。光电特性、光电流、黄骅市镉光敏电阻的光电特性曲线电压金志洙1的情况下，在弱光下，Ip=SgEU、42，2-3半导体光电传感装置、1、光敏电阻、Ip、光敏电阻的主要特性、3光谱特性光谱特性用相对灵敏度和波长的关系曲线表示。1-黄骅市镉单晶2-黄骅市镉多晶3-硒化镉多晶4-黄骅市镉和硒化镉的混合多晶，在此曲线中，可以直接看到灵敏度范围、峰值波长位置和各波长下灵敏度的相对关系。43，2-3半导体光电传感装置，1，光敏电阻，光敏电阻的主要特性，4VA