光电子技术 第六章 探测技术
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指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的 一类光电效应。
探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子 状态的改变。光子能量的大小直接影响内部电子状态 的改变。
特点
对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。
光子效应
外光电效应----光电发射效应 内光电效应----光电导效应，光伏效应
（一）光电发射效应
(m)
c
1.24 Eg (eV
)
（本征）
1.24 Ei (eV )
（杂质）
Eg ---禁带宽度 Ei ---杂质能带宽度
光敏电阻
光子将在其中激发出新的载流子(电子和空穴)。这就使 半导体中的载流子浓度在原来平衡值上增加了变化量
n
p
这个新增加的部分在半导体物理中叫非平衡载 流子-光生载流子。
显然，这两个变化量将使半导体的电导增加一个 量 G ，我们称之为光电导。相应于本征和杂质半导体 就分别称为本征光电导和杂质光电导。
光电子发射效应产生的条件
hv E 0
即
v
E h
vc
截止频率
或
hv E
c
截止波长
上式中等号表示，电子刚好能逸出表面，
但是速度为零，即静止在发射体表面。
截止波长
h 6.6 1034 J s 4.131015eV s
c 31014 m / s 31017 nm / s
c (m)
1.24 E (eV )
一）光电探测器特性参数
积分灵敏度 光谱灵敏度 频率灵敏度 量子效率 通量阈和噪声等效功率 归一化探测度
一、积分灵敏度R
灵敏度也常称作响应度，是光电探测器光电转 换特性，光电转换的光谱特性以及频率特性的量度。 光电探测器本质是一个外电压偏置的电流输出器件， 通过负载电阻可改变为电压输出器件。
光电流i(或光电压u)和入射光功率P之间的关系i ＝f (P)，称为探测器的光电特性。
可见，要使波长较长的光辐射产生光电发射效应， 则发射体的 E 必须要小。
（二）内光电效应
当光照射物体表面时，光电子不逸出体外的光电效应。
1）光电导效应
当半导体材料被光照时，由于对光子的吸收随载流子 的浓度增大而增大，因而导致电导率增大。
光电导现象——半导体材料的“体”效 应
是一种内光电效应，是光电导探测器光电转化的基础
用下产生的载流子就有不同的规律，因而
导致了不同的光电效应。以下是属于内光
电效应的有（
）。
A、光电发射效应 B、光电导效应 C、光生伏特效应 D、光伏效应
知识 巩固
在光线作用下，半导体的电导率增加的现 象属于( )
A、外光电效应 B、内光电效应 C、光电发射 D、光导效应
6.2 光电探测器的特性参数和噪声
依照这一判据，定义探测器的通量阈Pth为
Pth
in Ri
(瓦)
探测器所能探测的最小光信号功率
除了通量阈来描述光电探测器的这种特性外， 还可以用噪声等效功率NEP来描述。
定义为单位信噪比时的信号光功率。
SNR is in
SNR us un
NEP Pth Ps (SNR)i 1
(电流信噪比) (电压信噪比)
灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即
Ri
di dP
i P
(线性区内) (安/瓦)
Ru
du dP
u P
(线性区内) (伏/瓦)
R i和R u分别称为积分电流和积分电压灵敏度， i和u称为电表测量的电流、电压有效值。
光功率P是指分布在某一光谱范围பைடு நூலகம்的总功率。
二、光谱灵敏度Rλ 光电探测器对光具有选择性，不同波长的光功率密度P 在其他条件不变下所产生的光电流i是波长的函数，因此， 光谱灵敏度可定义为：
在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电 子）的现象。
光电发射体 能产生光电发射效应的物体，在光电管中又称为光阴极。 光电发射效应的能量关系可由著名的爱因斯坦方程来表示
即 Ek hv E
Ek 表示光电子离开发射体表面的动能
hv ---光子能量
E ---光电子发射体的功函数
物理意义
若发射体内部的电子吸收光子的能量大于发射体的功 函数，光电子能从发射体表面逸出，并且具有相应的 动能。
当光子能量大于材料禁带宽度时，把价带中的电子激 发到导带上，在价带中留下自由空穴，从而导致电导 率的增大----本征光电导效应。
若光子激发杂质半导体，使电子从施主能级跃迁到 导带或从价带跃迁到受主能级，产生自由电子或自由空 穴，从而使材料电导率增加----非本征光电导效应。
光辐射照射外加电压的半导体，如果光波长λ满足如 下条件：
光电子技术
光电探测器的物理效应
光电转换定律
光探测技术
光电探测器的特性参数和噪声 光电导探测器
光电池 光电二极管
6.1 光电探测器的物理效应
光探测器 能把光辐射量转换为另一种便于测量的物理量的器件
光电探测器 光辐射量
电量
光电探测器的物理效应
光子效应 光热效应
一）光子效应(photonic effect )
中求出，而且还可以利用这些曲线，尤其是伏安特 性曲线来设计探测器的使用电路。
四、量子效率η 量子效率：在某一特定波长上，每秒钟内产生
的光电子数与入射光量子数之比。
对理想的探测器，入射一个光量子发射一个电子，
=1 实际上， <1
量子效率是一个微观参数，量子效率愈高愈好。
灵敏度R是从宏观角度描述了光电探测器的特性， 量子效率η则从微观—宏观描述。
定义为
Rf
if P
R
2
1 (2f )
τ称为探测器的响应时间或时间常数，由材料、 结构和外电路决定。
频率灵敏度是探测器的频率特性，R f随f 升高而下 降的速度与τ值大小关系很大。
一般规定，R f下降到 R0 / 2 0.707R0
频率fc为探测器的截止响应频率和响应频率。
从上式可见：
fc
1
2
子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动 能量，引起探测元件温度上升，温度上升的结果又使 探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。
原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。
在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈， 所以广泛用于对红外线辐射的探测。
热释电现象
热释电材料——电介质 一种结晶对称性很差的压电晶体
1/ 2
In (in2)
它是瞬时噪声电流的有效值。灵敏度R巳失去意义， 须定义一个新参量来描述光电探测器的特性。
光功率Ps和Pb分别为信号和背景光功率。 即使Ps和Pb都为零，也会有噪声输出。
噪声的存在，限制了探测微弱信号的能力。
如果信号光功率产生的信号光电流is等于噪声电 流in，那么就认为刚刚能探测到光信号存在。
在常态下具有自发电极化(即固有电偶极矩) 热电体的| P|s决定了面电荷密度 的 s大小，当发生 变化时，面电荷密度也跟着变化
| P|s值是温度的函数——温度升高——| |减Ps 小。 升高到Tc值时，自发极化突然消失，TC称为居里温度
热释电体表面附近的自由电荷对面电荷的中和作 用比较缓慢，一般在1～1000秒量级
dn电 dn光
dt dt
i(t) e P(t)
hv
量子效率和灵敏度关系
h
e
Ri
h
e
Ri
对某一波长来说，其光谱量子效率 ：
hc
e
Ri
c是材料中的光速。量子效率正比于灵敏度而反比 于波长。
五、通量阈Pth和噪声等效功率NEP
从灵敏度R的定义式
Ri
di dP
i P
可见，如果P＝0，应有i=0
实际情况是，当P＝0时，光电探测器的输出电流并 不为零。 这个电流称为暗电流或噪声电流，记为
通量阈 噪声等效功率 归一化探测度
光电检测器件的性能参数 光电检测器件的性能参数
物理描述
表达式
光电转换特性的量度 对某一波长光电转换的量度
di i Ri dp p
Ru
du dp
u p
R
i dP
电流随调制频率变化的量度 吸收的光子数和激光的电子数之比 探测器所能探测的最小光信息功率
单位信噪比时的信号光功率
Rf
if p
h
e
Ri
Pth
in Ri
NEP Ps SNRi 1
与噪声等效功率成倒数、光敏面积 D* Af / NEP 和噪声功率有关
单位
安/瓦 伏/瓦 安/瓦
安/瓦
瓦 瓦 厘米.赫 兹1/2/瓦
知识 巩固
以下是从微观量-宏观量来描述光 电探测器的特性的是（ ）
A 量子效率 B 灵敏度 C 通量阈 D 归一化探测度
强光下光电转换线性差光电导弛豫时间长受温度影响大由伏安特性知设计负载时应考虑额定功耗知识巩固知识巩固光敏电阻适于作为a光的测量元件b光电导开关元件c加热元件d发光元件a光的测量元件b光电导开关元件c加热元件d发光元件知识巩固知识巩固光敏电阻的性能好灵敏度高是指给定电压下光敏电阻的性能好灵敏度高是指给定电压下a暗电阻大b亮电阻大c暗电阻与亮电阻差值大d暗电阻与亮电阻差值小a暗电阻大b亮电阻大c暗电阻与亮电阻差值大d暗电阻与亮电阻差值小知识巩固知识巩固光敏电阻作为一种新型的光电导探测器其工作特性主要表现在光敏电阻作为一种新型的光电导探测器其工作特性主要表现在a伏安特性b稳定性c光照特性d光敏响应特性a伏安特性b稳定性c光照特性d光敏响应特性abcd思考题1光电探测器的物理效应及其特点
R di / dP
Rλ是常数时，相应探测器称为无选择性探测器(如 光热探测器)，光子探测器则是选择性探测器。
通常给出的是相对光谱灵敏度Sλ定义为
S R / RM
Rλm是指Rλ的最大值，Sλ为无量纲，随λ变化的曲 线称为光谱灵敏度曲线。
三、频率灵敏度 R f
若入射光是强度调制，在其它条件不变下，光 电流if将随调制频率f的升高而下降，这时的灵敏度 称为频率灵敏度Rf
D*大的探测器其探测能力一定好。
考虑到光谱的响应特性，一般给出D*值时注明 响应波长λ、光辐射调制频率f及测量带宽Δf， 即D*(λ, f ,Δf )。
七、其它参数
光电探测器还有其它一些特性参数， 例如光敏面积，探测器电阻，电容等。
光电二极管
光敏电阻 光电池
参数
积分灵敏度
光谱灵敏度 频率灵敏度 量子效率
知识 巩固
2、光电信息转换器件的主 要特性( )
A 光电特性 B 光谱特性 C 伏安特性 D 频率特性
二）噪声
依据噪声产生的物理原因，光电探测器的噪声分为散粒 噪声、产生—复合噪声、光子噪声、热噪声和低频噪声。
是光电转换物理过程中固有的，是一种不可能人为消 除的输出信号的起伏，是与器件密切相关的一个参量。
决定。
光电流是两端电压u、光功率P、光波长λ和光强
调制频率f的函数，即
i F(u, P,, f )
以u，P，λ为参变量，i＝F（f）的关系称为光电
频率特性，相应的曲线称为频率特性曲线。
i=F (P)及曲线称为光电特性曲线。
i＝F (λ)及其曲线称为光谱特性曲线。
而i＝F (u)及其曲线称为伏安特性曲线。 当这些曲线给出时，灵敏度R的值就可以从曲线
当f<fc时，认为光电流能线性再现光功率P的变化。 如果是脉冲形式的入射光，则更常用响应时间来描述。
探测器对突然光照的输出电流，要经过一定 时间才能上升到与这一辐射功率相应的稳定值i。
当辐射突然降去后，输出电流也需要经过一定 时间才能下降到零。
一般而论，上升和下降时间相等，时间常数近似地由
fc
1
2
2）光伏效应
光伏现象——半导体材料的“结”效应
多数载流子（N侧的电子和P侧的空穴）的扩散作用 少数载流子（P侧的电子和N侧的空穴）的漂移作用 相互抵消 无静电流过P-N结 零偏状态
若P-N结反向偏压（P区接负，N区接正）
反向饱和电流
P-N结的伏安特性：
id is (eeu / KT 1)
id ---暗电流 E---电子电荷量 K---波儿兹曼常数
NEP Pth Ps (SNR)u 1
NEP越小，表明探测微弱信号的能力越强。所 以NEP是描述光电探测器探测能力的参数。
六、归一化探测度D* NEP越小，探测器探测能力越高，不符合人们
“越大越好”的习惯，于是取NEP的倒数并定义为 探测度D，即
D 1 (瓦1) NEP
D值越大，探测器的探测能力高。
“D值大的探测器其探测能力一定好”的结论 并不充分。
主要是探测器光敏面积A和测量带宽Δf对D值影 响甚大。
通常情况下 NEP Af
为了比较比较各种探测器的性能，需除去A、f 的差别 所带来的影响
归一化参数来表示
NEP* NEP Af
D*
1
1
( Af )2 / NEP
NEP *
D* D Af 归一化探测度
hv
光电转化定律
*光电探测器对入射光功率响应(光电流) ——一个光子探测器可视为一个电流源。
**光功率P正比于光电场的平方 ——平方律探测器——非线性器件(本质)。
知识 巩固
光与物质的作用实质是光子与电子的作用，
电子吸收光子的能量后，改变了电子的运
动规律。由于物质的结构和物理性能不同，
以及光和物质的作用条件不同，在光子作
热释电探测器是一种交流或瞬时响应的器件。
三）光电转换定律
光辐射量转换为光电流量的过程 ——光电转换
Pt dE hv dn光
dt
dt
it dQ e dn电
dt dt
it DPt
D—探测器的光电转换因子
D e
hv
dn电 dn光 ---探测器的量子效率
dt dt
i(t) e P(t)
is ---反向饱和电流 U---偏置电压 T---绝对温度
在光照下 λ入射光<λc
光生电子—空穴对 内电场
电子—空穴分离
开路电压
光伏效应
光照零偏pn结产生开路电压的效应
光伏效应
光电池
光照反偏
光电信号是光电流
结型光电探 测器的工作 原理
光电二极管
二）光热效应(photothermal effect ) 探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电
探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子 状态的改变。光子能量的大小直接影响内部电子状态 的改变。
特点
对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。
光子效应
外光电效应----光电发射效应 内光电效应----光电导效应，光伏效应
（一）光电发射效应
(m)
c
1.24 Eg (eV
)
（本征）
1.24 Ei (eV )
（杂质）
Eg ---禁带宽度 Ei ---杂质能带宽度
光敏电阻
光子将在其中激发出新的载流子(电子和空穴)。这就使 半导体中的载流子浓度在原来平衡值上增加了变化量
n
p
这个新增加的部分在半导体物理中叫非平衡载 流子-光生载流子。
显然，这两个变化量将使半导体的电导增加一个 量 G ，我们称之为光电导。相应于本征和杂质半导体 就分别称为本征光电导和杂质光电导。
光电子发射效应产生的条件
hv E 0
即
v
E h
vc
截止频率
或
hv E
c
截止波长
上式中等号表示，电子刚好能逸出表面，
但是速度为零，即静止在发射体表面。
截止波长
h 6.6 1034 J s 4.131015eV s
c 31014 m / s 31017 nm / s
c (m)
1.24 E (eV )
一）光电探测器特性参数
积分灵敏度 光谱灵敏度 频率灵敏度 量子效率 通量阈和噪声等效功率 归一化探测度
一、积分灵敏度R
灵敏度也常称作响应度，是光电探测器光电转 换特性，光电转换的光谱特性以及频率特性的量度。 光电探测器本质是一个外电压偏置的电流输出器件， 通过负载电阻可改变为电压输出器件。
光电流i(或光电压u)和入射光功率P之间的关系i ＝f (P)，称为探测器的光电特性。
可见，要使波长较长的光辐射产生光电发射效应， 则发射体的 E 必须要小。
（二）内光电效应
当光照射物体表面时，光电子不逸出体外的光电效应。
1）光电导效应
当半导体材料被光照时，由于对光子的吸收随载流子 的浓度增大而增大，因而导致电导率增大。
光电导现象——半导体材料的“体”效 应
是一种内光电效应，是光电导探测器光电转化的基础
用下产生的载流子就有不同的规律，因而
导致了不同的光电效应。以下是属于内光
电效应的有（
）。
A、光电发射效应 B、光电导效应 C、光生伏特效应 D、光伏效应
知识 巩固
在光线作用下，半导体的电导率增加的现 象属于( )
A、外光电效应 B、内光电效应 C、光电发射 D、光导效应
6.2 光电探测器的特性参数和噪声
依照这一判据，定义探测器的通量阈Pth为
Pth
in Ri
(瓦)
探测器所能探测的最小光信号功率
除了通量阈来描述光电探测器的这种特性外， 还可以用噪声等效功率NEP来描述。
定义为单位信噪比时的信号光功率。
SNR is in
SNR us un
NEP Pth Ps (SNR)i 1
(电流信噪比) (电压信噪比)
灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即
Ri
di dP
i P
(线性区内) (安/瓦)
Ru
du dP
u P
(线性区内) (伏/瓦)
R i和R u分别称为积分电流和积分电压灵敏度， i和u称为电表测量的电流、电压有效值。
光功率P是指分布在某一光谱范围பைடு நூலகம்的总功率。
二、光谱灵敏度Rλ 光电探测器对光具有选择性，不同波长的光功率密度P 在其他条件不变下所产生的光电流i是波长的函数，因此， 光谱灵敏度可定义为：
在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电 子）的现象。
光电发射体 能产生光电发射效应的物体，在光电管中又称为光阴极。 光电发射效应的能量关系可由著名的爱因斯坦方程来表示
即 Ek hv E
Ek 表示光电子离开发射体表面的动能
hv ---光子能量
E ---光电子发射体的功函数
物理意义
若发射体内部的电子吸收光子的能量大于发射体的功 函数，光电子能从发射体表面逸出，并且具有相应的 动能。
当光子能量大于材料禁带宽度时，把价带中的电子激 发到导带上，在价带中留下自由空穴，从而导致电导 率的增大----本征光电导效应。
若光子激发杂质半导体，使电子从施主能级跃迁到 导带或从价带跃迁到受主能级，产生自由电子或自由空 穴，从而使材料电导率增加----非本征光电导效应。
光辐射照射外加电压的半导体，如果光波长λ满足如 下条件：
光电子技术
光电探测器的物理效应
光电转换定律
光探测技术
光电探测器的特性参数和噪声 光电导探测器
光电池 光电二极管
6.1 光电探测器的物理效应
光探测器 能把光辐射量转换为另一种便于测量的物理量的器件
光电探测器 光辐射量
电量
光电探测器的物理效应
光子效应 光热效应
一）光子效应(photonic effect )
中求出，而且还可以利用这些曲线，尤其是伏安特 性曲线来设计探测器的使用电路。
四、量子效率η 量子效率：在某一特定波长上，每秒钟内产生
的光电子数与入射光量子数之比。
对理想的探测器，入射一个光量子发射一个电子，
=1 实际上， <1
量子效率是一个微观参数，量子效率愈高愈好。
灵敏度R是从宏观角度描述了光电探测器的特性， 量子效率η则从微观—宏观描述。
定义为
Rf
if P
R
2
1 (2f )
τ称为探测器的响应时间或时间常数，由材料、 结构和外电路决定。
频率灵敏度是探测器的频率特性，R f随f 升高而下 降的速度与τ值大小关系很大。
一般规定，R f下降到 R0 / 2 0.707R0
频率fc为探测器的截止响应频率和响应频率。
从上式可见：
fc
1
2
子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动 能量，引起探测元件温度上升，温度上升的结果又使 探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。
原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。
在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈， 所以广泛用于对红外线辐射的探测。
热释电现象
热释电材料——电介质 一种结晶对称性很差的压电晶体
1/ 2
In (in2)
它是瞬时噪声电流的有效值。灵敏度R巳失去意义， 须定义一个新参量来描述光电探测器的特性。
光功率Ps和Pb分别为信号和背景光功率。 即使Ps和Pb都为零，也会有噪声输出。
噪声的存在，限制了探测微弱信号的能力。
如果信号光功率产生的信号光电流is等于噪声电 流in，那么就认为刚刚能探测到光信号存在。
在常态下具有自发电极化(即固有电偶极矩) 热电体的| P|s决定了面电荷密度 的 s大小，当发生 变化时，面电荷密度也跟着变化
| P|s值是温度的函数——温度升高——| |减Ps 小。 升高到Tc值时，自发极化突然消失，TC称为居里温度
热释电体表面附近的自由电荷对面电荷的中和作 用比较缓慢，一般在1～1000秒量级
dn电 dn光
dt dt
i(t) e P(t)
hv
量子效率和灵敏度关系
h
e
Ri
h
e
Ri
对某一波长来说，其光谱量子效率 ：
hc
e
Ri
c是材料中的光速。量子效率正比于灵敏度而反比 于波长。
五、通量阈Pth和噪声等效功率NEP
从灵敏度R的定义式
Ri
di dP
i P
可见，如果P＝0，应有i=0
实际情况是，当P＝0时，光电探测器的输出电流并 不为零。 这个电流称为暗电流或噪声电流，记为
通量阈 噪声等效功率 归一化探测度
光电检测器件的性能参数 光电检测器件的性能参数
物理描述
表达式
光电转换特性的量度 对某一波长光电转换的量度
di i Ri dp p
Ru
du dp
u p
R
i dP
电流随调制频率变化的量度 吸收的光子数和激光的电子数之比 探测器所能探测的最小光信息功率
单位信噪比时的信号光功率
Rf
if p
h
e
Ri
Pth
in Ri
NEP Ps SNRi 1
与噪声等效功率成倒数、光敏面积 D* Af / NEP 和噪声功率有关
单位
安/瓦 伏/瓦 安/瓦
安/瓦
瓦 瓦 厘米.赫 兹1/2/瓦
知识 巩固
以下是从微观量-宏观量来描述光 电探测器的特性的是（ ）
A 量子效率 B 灵敏度 C 通量阈 D 归一化探测度
强光下光电转换线性差光电导弛豫时间长受温度影响大由伏安特性知设计负载时应考虑额定功耗知识巩固知识巩固光敏电阻适于作为a光的测量元件b光电导开关元件c加热元件d发光元件a光的测量元件b光电导开关元件c加热元件d发光元件知识巩固知识巩固光敏电阻的性能好灵敏度高是指给定电压下光敏电阻的性能好灵敏度高是指给定电压下a暗电阻大b亮电阻大c暗电阻与亮电阻差值大d暗电阻与亮电阻差值小a暗电阻大b亮电阻大c暗电阻与亮电阻差值大d暗电阻与亮电阻差值小知识巩固知识巩固光敏电阻作为一种新型的光电导探测器其工作特性主要表现在光敏电阻作为一种新型的光电导探测器其工作特性主要表现在a伏安特性b稳定性c光照特性d光敏响应特性a伏安特性b稳定性c光照特性d光敏响应特性abcd思考题1光电探测器的物理效应及其特点
R di / dP
Rλ是常数时，相应探测器称为无选择性探测器(如 光热探测器)，光子探测器则是选择性探测器。
通常给出的是相对光谱灵敏度Sλ定义为
S R / RM
Rλm是指Rλ的最大值，Sλ为无量纲，随λ变化的曲 线称为光谱灵敏度曲线。
三、频率灵敏度 R f
若入射光是强度调制，在其它条件不变下，光 电流if将随调制频率f的升高而下降，这时的灵敏度 称为频率灵敏度Rf
D*大的探测器其探测能力一定好。
考虑到光谱的响应特性，一般给出D*值时注明 响应波长λ、光辐射调制频率f及测量带宽Δf， 即D*(λ, f ,Δf )。
七、其它参数
光电探测器还有其它一些特性参数， 例如光敏面积，探测器电阻，电容等。
光电二极管
光敏电阻 光电池
参数
积分灵敏度
光谱灵敏度 频率灵敏度 量子效率
知识 巩固
2、光电信息转换器件的主 要特性( )
A 光电特性 B 光谱特性 C 伏安特性 D 频率特性
二）噪声
依据噪声产生的物理原因，光电探测器的噪声分为散粒 噪声、产生—复合噪声、光子噪声、热噪声和低频噪声。
是光电转换物理过程中固有的，是一种不可能人为消 除的输出信号的起伏，是与器件密切相关的一个参量。
决定。
光电流是两端电压u、光功率P、光波长λ和光强
调制频率f的函数，即
i F(u, P,, f )
以u，P，λ为参变量，i＝F（f）的关系称为光电
频率特性，相应的曲线称为频率特性曲线。
i=F (P)及曲线称为光电特性曲线。
i＝F (λ)及其曲线称为光谱特性曲线。
而i＝F (u)及其曲线称为伏安特性曲线。 当这些曲线给出时，灵敏度R的值就可以从曲线
当f<fc时，认为光电流能线性再现光功率P的变化。 如果是脉冲形式的入射光，则更常用响应时间来描述。
探测器对突然光照的输出电流，要经过一定 时间才能上升到与这一辐射功率相应的稳定值i。
当辐射突然降去后，输出电流也需要经过一定 时间才能下降到零。
一般而论，上升和下降时间相等，时间常数近似地由
fc
1
2
2）光伏效应
光伏现象——半导体材料的“结”效应
多数载流子（N侧的电子和P侧的空穴）的扩散作用 少数载流子（P侧的电子和N侧的空穴）的漂移作用 相互抵消 无静电流过P-N结 零偏状态
若P-N结反向偏压（P区接负，N区接正）
反向饱和电流
P-N结的伏安特性：
id is (eeu / KT 1)
id ---暗电流 E---电子电荷量 K---波儿兹曼常数
NEP Pth Ps (SNR)u 1
NEP越小，表明探测微弱信号的能力越强。所 以NEP是描述光电探测器探测能力的参数。
六、归一化探测度D* NEP越小，探测器探测能力越高，不符合人们
“越大越好”的习惯，于是取NEP的倒数并定义为 探测度D，即
D 1 (瓦1) NEP
D值越大，探测器的探测能力高。
“D值大的探测器其探测能力一定好”的结论 并不充分。
主要是探测器光敏面积A和测量带宽Δf对D值影 响甚大。
通常情况下 NEP Af
为了比较比较各种探测器的性能，需除去A、f 的差别 所带来的影响
归一化参数来表示
NEP* NEP Af
D*
1
1
( Af )2 / NEP
NEP *
D* D Af 归一化探测度
hv
光电转化定律
*光电探测器对入射光功率响应(光电流) ——一个光子探测器可视为一个电流源。
**光功率P正比于光电场的平方 ——平方律探测器——非线性器件(本质)。
知识 巩固
光与物质的作用实质是光子与电子的作用，
电子吸收光子的能量后，改变了电子的运
动规律。由于物质的结构和物理性能不同，
以及光和物质的作用条件不同，在光子作
热释电探测器是一种交流或瞬时响应的器件。
三）光电转换定律
光辐射量转换为光电流量的过程 ——光电转换
Pt dE hv dn光
dt
dt
it dQ e dn电
dt dt
it DPt
D—探测器的光电转换因子
D e
hv
dn电 dn光 ---探测器的量子效率
dt dt
i(t) e P(t)
is ---反向饱和电流 U---偏置电压 T---绝对温度
在光照下 λ入射光<λc
光生电子—空穴对 内电场
电子—空穴分离
开路电压
光伏效应
光照零偏pn结产生开路电压的效应
光伏效应
光电池
光照反偏
光电信号是光电流
结型光电探 测器的工作 原理
光电二极管
二）光热效应(photothermal effect ) 探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电