光电探测器
有机光电探测器的定义和分类
有机光电探测器的定义和分类有机光电探测器是一种通过有机材料将光信号转化为电信号的器件。
它具有结构简单、加工工艺成本低、可用于大面积器件制备等优点，因此被广泛应用于光电信息处理领域。
根据其工作原理的不同，有机光电探测器可以分为光电导型、光电流型和光电压型三类。
光电导型有机光电探测器是指那些在光照下，其电导率会随着光强度的增加而增加的器件。
这种器件的工作原理是利用光子的能量将有机材料中的电子激发到传导带中，从而形成电导电流。
光电导型有机光电探测器通常由有机半导体材料构成，例如聚合物、小分子化合物等。
这类器件具有响应速度较快、灵敏度较高、制备工艺简单等优点，因此在光通信、光存储、光传感等领域有着广阔的应用前景。
光电流型有机光电探测器是指那些在光照下，其输出信号是光电流的器件。
这种器件的工作原理是利用外界光照下的光子能量将有机材料中的载流子激发到传导带或者价带中，从而产生电流。
光电流型有机光电探测器通常由有机半导体材料构成，例如聚合物、小分子化合物等。
这类器件具有高电流响应、低噪声等特点，适用于光通信、光传感等领域。
光电压型有机光电探测器是指那些在光照下，其输出信号是光电压的器件。
这种器件的工作原理是通过光激发的载流子在有机材料中产生空间电荷分离形成电压信号。
光电压型有机光电探测器通常由有机半导体材料构成，例如聚合物、小分子化合物等。
这类器件具有高电压响应、低噪声等特点，适用于成像传感器、光电转换器等领域。
除了根据工作原理的分类，有机光电探测器还可以根据其器件结构的不同进行分类。
常见的有机光电探测器结构包括有机薄膜型、有机异质结型、有机量子阱型等。
其中，有机薄膜型具有制备工艺简单、成本低廉等优点，适用于大面积器件制备；有机异质结型具有电荷分离效果好、较高的光电转换效率等特点，适用于高性能光电器件制备；有机量子阱型则具有高载流子迁移率、低激子束缚能等特点，适用于光电转换效率、响应速度等要求较高的器件制备。
光子探测器分类
描述bios的含义
光子探测器是一种能够探测光（光子）的探测器，通常用于高能物理、核医学、安全检查、环境监测等领域。
常见的光子探测器分类如下：
- 按照工作原理分类：
- 光电探测器：利用光电效应将光信号转换为电信号，如光电二极管、光电倍增管等。
- 热探测器：利用光热效应将光信号转换为热信号，如热敏电阻、热释电探测器等。
- 量子探测器：利用量子效应将光信号转换为电信号，如雪崩二极管、硅光电池等。
- 按照探测波长分类：
- 可见探测器：能够探测可见光谱范围内的光，如光电二极管、光敏电阻等。
- 红外探测器：能够探测红外光谱范围内的光，如热释电探测器、量子阱探测器等。
- 紫外探测器：能够探测紫外光谱范围内的光，如雪崩二极管、硅光电池等。
- 按照应用领域分类：
- 高能物理探测器：用于高能物理实验中探测光子，如闪烁计数器、切伦科夫计数器等。
- 核医学探测器：用于核医学成像中探测光子，如正电子发射
断层扫描（PET）探测器、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）探测器等。
- 安防探测器：用于安全检查和监控中探测光子，如X射线探测器、γ射线探测器等。
消防光电探测器原理
消防光电探测器原理
光电探测器是一种常用于消防系统中的设备，用于检测烟雾或火焰的存在。
它的原理是利用光电效应来检测烟雾或火焰引起的光的变化。
光电探测器由两个主要部分组成：光源和光电传感器。
光源可以是一个发光二极管，发射红外光或可见光。
光电传感器通常是光敏二极管，用于接收光源产生的光。
当没有烟雾或火焰时，光源发射的光会直接照射到光敏二极管上，没有阻挡或干扰。
当烟雾或火焰产生时，它们会散射或吸收光源发出的光，导致光敏二极管接收到的光减少。
光电探测器会通过测量光敏二极管接收到的光的强度变化来判断是否存在烟雾或火焰。
当光敏二极管接收到的光强度下降到一定程度时，探测器会触发报警信号，以提醒人们可能发生火灾。
为了提高探测器的准确性和灵敏度，一些光电探测器还采用了特殊的光学设计和滤波器来过滤掉其他光干扰，只检测特定波长范围内的光变化。
总之，光电探测器利用光电效应来检测烟雾或火焰引起的光的变化。
通过测量光敏二极管接收到的光的强度变化，探测器可以准确地判断是否存在火灾，从而触发相应的报警系统。
光电探测器
光电探测器光电探测器是利用辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象的原理而制成的器件。
它的的工作原理是基于光电效应（包括外电光效应和内电光效应）。
根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类：一类是光子型探测器；另一类是热探测器。
其中光子探测器包括真空光电器件（光电倍增管等）和固体光电探测器（光电二极管、光导探测器、CCD等）。
1光子探测器1）原理光子探测器利用外光电效应制成的光子型探测器是真空电子器件，如光电管、光电倍增管和红外变像管等。
这些器件都包含一个对光子敏感的光电阴极，当光子投射到光电阴极上时，光子可能被光电阴极中的电子吸收，获得足够大能量的电子能逸出光电阴极而成为自由的光电子。
在光电管中，光电子在带正电的阳极的作用下运动，构成光电流。
光电倍增管与光电管的差别在于，在光电倍增管的光电阴极与阳极之间设置了多个电位逐级上升并能产生二次电子的电极（称为打拿极）。
从光电阴极逸出的光电子在打拿极电压的加速下与打拿极碰撞，发生倍增效应，最后形成较大的光电流信号。
因此，光电倍增管具有比光电管高得多的灵敏度。
红外变像管是一种红外-可见图像转换器,它由光电阴极、阳极和一个简单的电子光学系统组成。
光电子在受到阳极加速的同时又受到电子光学系统的聚焦，当它们撞击在与阳极相连的磷光屏上时，便发出绿色的光像信号。
2）光电管光电管原理是光电效应。
一种是半导体材料类型的光电管，它的工作原理光电二极管又叫光敏二极管，是利用半导体的光敏特性制造的光接受器件。
当光照强度增加时，PN结两侧的P区和N区因本征激发产生的少数载流子浓度增多，如果二极管反偏，则反向电流增大，因此，光电二极管的反向电流随光照的增加而上升。
光电二极管是一种特殊的二极管，它工作在反向偏置状态下。
常见的半导体材料有硅、锗等。
如我们楼道用的光控开关。
还有一种是电子管类型的光电管，它的工作原理用碱金属（如钾、钠、铯等）做成一个曲面作为阴极，另一个极为阳极，两极间加上正向电压，这样当有光照射时，碱金属产生电子，就会形成一束光电子电流，从而使两极间导通，光照消失，光电子流也消失，使两极间断开。
光电探测器原理及应用
光电探测器原理及应用
光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的装置，其基本原理是利用光的能量激发材料中的电子从而产生电流。
根据光电效应的不同机制，光电探测器通常可以分为光电二极管、光电导、光电二极管阵列等多种类型。
光电二极管是最基本的光电探测器之一，其工作原理是光照射到光敏材料表面时，材料中的电子会被光激活并跃迁至导带中，从而形成电流。
光电二极管具有响应速度快、灵敏度高等特点，广泛应用于光通信、光谱分析、光电测量等领域。
光电导是一种利用光照射后材料电阻发生变化的光电探测器，其工作原理是光激发后，光电导材料中的载流子浓度发生改变，从而引起电阻的变化。
光电导具有较高的灵敏度和较宽的光谱响应范围，可广泛应用于光谱分析、光学测量、遥感等领域。
光电二极管阵列是由多个光电二极管组成的阵列结构，可以同时检测多个光信号，具有高灵敏度和高分辨率的特点。
光电二极管阵列常被用于光通信、图像传感、光谱分析等领域，如CCD（电荷耦合器件）摄像头就是经典的光电二极管阵列应
用之一。
此外，光电探测器还广泛应用于激光测距仪、扫描仪、光电子显像、医学诊断、环境监测等领域。
例如，激光测距仪利用光电探测器检测激光脉冲的发射和接收时间差，实现对目标距离的测量；扫描仪利用光电探测器对扫描光线的反射或透射光进行检测，实现图像的数字化处理和存储。
总之，光电探测器通过将光信号转化为电信号，实现了光能量的检测和测量。
其应用领域广泛，并在科学研究、工业生产、医疗诊断等领域发挥着重要的作用。
光电探测器
种类
• • • • 真空管光电探测器（PMT等） 半导体光电探测器 热电探测器 多通道探测器、成像器件
1.真空管光电探测器
• 利用在真空中光阴极受光辐照后产生光电子发射效应
光电阴极材料 • 光吸收系数大 • 传输能量损失小 • 光电子逸出功低
探测器窗口 • 透过率大
G n
AE
1.2光电倍增管
主要指标：
4. 暗电流 • 主要来源于阴极和倍 增级的热电子发射 • 决定了光电倍增管可 探测的最小光功率 • 暗电流与管子的工作 温度以及所加电压有 关
1.2光电倍增管
主要指标：
5.噪声等效功率 • 与阳极暗电流相等 的阳极输出电流所 需要的光功率决定 了光电倍增管可探 测的最小光功率 • ～10-15—10-16瓦， • ～10-18—10-19瓦（冷 却后），单光子探 测水平
单位时间内流出探测器件的光电子数与入射光子数之比
如有一探测器的灵敏度为0.5 A/W,其量子效率 为多少(光波长为1um)？
光探测器－参数
2.噪声等效功率（NEP） • 信噪比: SNR 信号的峰值和噪声的有效值(√带宽)之比
• NEP
NEP P S / N 1/ Hz
单位为W/Hz1/2
R1
C
R2
Vs
fC
图2.3 探测器的频率响应
f
Vmax
1 = c
T
i t dt
0
光探测器－参数
响应光谱 频谱响应 噪声
光探测器－噪声
1. 热噪声(thermal noise 或称Johnson noise)
白噪声
热噪声均方振幅电压值：
光电探测器 标准
光电探测器标准
光电探测器的标准通常包括以下几个方面：
响应度：光电探测器产生光电流与入射光功率之比，单位通常为A/W。
响应度与量子效率的大小有关，为量子效率的外在体现。
量子效率：描述光电探测器将光子转换为电子的能力。
暗电流和噪声：在没有光入射的情况下，探测器存在的漏电流被定义为暗电流。
其大小影响着光接收机的灵敏度大小，是探测器的主要指标之一。
等效噪声功率（NEP）：代表光电探测器的噪声水平。
跨阻增益：单位有的是V/A，有的是V/W，意思是输出电压信号幅度除以输入光电流或者光功率。
带宽：带宽是衡量光电探测器响应速度的指标。
输出信号幅度：在高频的光电探测器有的会做限幅处理，只有两三百毫伏，这将影响动态范围。
探测功率过大可能会导致探测器饱和无法探测到真实值，甚至烧坏探测器。
光纤接口还是自由空间光，两种类型的光敏面相差很大。
电源供电，双电源还是单电源。
这些标准因不同的光电探测器和应用而有所不同，选择适合的探测器需要考虑这些因素以达到最佳性能。
光电探测器简介演示
contents
目录
• 引言 • 光电探测器的基本原理 • 光电探测器的种类与特点 • 光电探测器的性能指标 • 光电探测器的应用案例 • 总结与展望
01
CATALOGUE
引言
什么是光电探测器
• 光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的装置，它利用 了光的能量和物质的相互作用来产生电信号。光电探测器在许 多领域都有广泛的应用，如光学通信、光谱分析、环境监测、 安全监控等。
安全监控
光电探测器可以用于安全监控，例如在机场、银行等场所 的监控系统中，光电探测器可以检测到人员的活动和物体 的移动。
02
CATALOGUE
光电探测器的基本原理
光-电转换原理
光-电转换是光电探测器的基本工作原理，即通过接收光子，将光信号转换为电 信号。
光电探测器中的光敏元件（如光电二极管、雪崩光电二极管等）能够将入射光子 转化为电子-空穴对，这些载流子在外加电场的作用下定向移动，形成电信号输 出。
光电探测器的应用场景
光学通信
光电探测器可以将光信号转换为电信号，从而实现信息的 传输和处理。在光纤通信中，光电探测器是必不可少的器 件之一。
环境监测
光电探测器可以用于监测环境中的光辐射水平，从而对环 境进行评估和管理。例如，它可以用于监测大气污染和海 洋环境中的光辐射水平。
光谱分析
光电探测器可以用于检测物质的光谱特征，从而对物质进 行分析和鉴别。在环境监测和化学分析中，光电探测器也 有广泛的应用。
光电探测器在医疗诊断中的应用
内窥镜
内窥镜结合光电探测器可以实时检测人体内部病变，提高医疗诊断的准确性和 效率。
医学影像
光电探测器在医学影像技术中也有广泛应用，如X光、CT等设备的图像采集和 处理系统中都离不开光电探测器的支持。
光电探测器原理与应用
光电探测器原理与应用光电探测器是一种将光信号转化为电信号的器件，是现代光电技术中的重要组成部分，广泛应用于通信、医学、物理学等领域。
本文将从光电探测器的原理、种类以及应用进行探讨。
一、光电探测器的原理光电探测器的原理基于光电效应，即光能被物质吸收后，其中的光子能激发物质内部的电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对，产生电流和电势差，将光信号转换为电信号并放大处理。
而光电探测器的基本结构，则由光敏材料、光电转换部件、电荷放大器等组成，具有宽频带、高响应速度等特点。
二、光电探测器的种类光电探测器主要分为以下几种：①硅光电二极管硅光电二极管是一种常见的光电探测器，其结构简单，大小小巧，响应速度快，但灵敏度较低。
硅光电二极管的光电转换部件为PN结，探测范围为红外线波段。
②掺铟镓光电二极管掺铟镓光电二极管响应范围为近红外至中红外波段，具有较高的灵敏度和响应速度，广泛应用于红外光谱分析、制导弹道等领域。
③掺铊锗光电二极管掺铊锗光电二极管响应范围为中红外波段，具有较高的探测率和灵敏度，广泛应用于红外光谱分析、空间测量等领域。
④光电倍增管光电倍增管响应范围涵盖紫外线至近红外波段，具有高灵敏度、高信噪比和低失真等特点，广泛应用于低光强度信号的检测和测量。
⑤光伏噪声探测器光伏噪声探测器是一种激光光源的光功率变化探测器，响应波长范围覆盖整个光谱，具有高信噪比、高稳定性等特点，广泛应用于光通信、激光测距、光谱分析等领域。
三、光电探测器的应用光电探测器具有广泛的应用领域，其中主要包括：①光通信光电探测器在光通信中起到重要作用，光电二极管和光电倍增管是常用的探测器。
光电探测器接收光信号并转换为电信号，再经过解调和放大处理后，完成光通信中数据的传输和接收。
②光谱分析光电探测器在光谱分析领域中广泛应用，通过对不同波长的光线进行探测和分析，完成对样品的化学成分、结构和性质的测量和研究。
掺铟镓光电二极管和光伏噪声探测器是常用的光谱探测器。
光电探测器的性能参数
光电探测器的应用领域包括通 信、医疗、军事等
光电探测器的分类包括光电二 极管、光电三极管、光电倍增 管等
光电探测器的分类
按照工作原理分 类：光电管、光 电倍增管、光电 二极管、光电三 极管等
按照响应波长分 类：紫外探测器、 可见光探测器、 红外探测器等
按照响应速度分 类：慢速探测器、 快速探测器、超 高速探测器等
技术更新：光电探测器技术不 断更新，需要不断研发新产品
法规限制：法规限制光电探测 器的应用范围，需要寻找新的
应用领域
环保要求：环保要求不断提高， 需要研发环保型光电探测器
应用挑战
提高灵敏度：提 高光电探测器的 灵敏度，以适应 更广泛的应用领 域
降低功耗：降低 光电探测器的功 耗，以延长其使 用寿命和降低成 本
噪声功率
影响因素：光 电探测器的灵 敏度、噪声系
数、带宽等
测量方法：通 过测量光电探 测器的输出信 号与噪声信号 的比值来计算
应用：在光电探 测系统中，噪声 等效功率是评估 探测器性能的重
要指标之一
探测率
探测率是指光电探测器在单位时间内接收到的光子数 探测率与光电探测器的灵敏度、响应时间、噪声等因素有关 探测率是衡量光电探测器性能的重要参数之一 提高探测率可以提高光电探测器的探测效率和精度
提高稳定性：提 高光电探测器的 稳定性，以适应 各种恶劣环境
提高集成度：提 高光电探测器的 集成度，以实现 更小型化和便携 化的应用
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工业测量：用于 测量温度、压力、 流量等工业参数
工业检测：用于 检测产品质量、 缺陷等
医疗领域
生物医学研究：用于细胞、 组织、器官的成像和检测
医疗影像诊断：用于X射线、 CT、MRI等设备的成像
光电探测器的工作原理
光电探测器的工作原理
光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的设备，其工作原理主要依靠光电效应的作用。
光电效应是指当光照射到物质表面时，能量足够高的光子会与物质中的电子发生相互作用，将一部分能量传递给电子，使电子从物质中解离出来，形成自由电子。
这些自由电子在电场的作用下会产生电流，从而实现光信号到电信号的转换。
具体而言，光电探测器通常由光敏电极和电路系统组成。
光敏电极是一种能够吸收光能并产生电流的材料，常见的有硅(Si)、硒化铟(InSe)、镓砷化物(GaAs)等。
当光线照射到光敏电极上时，光子的能量会激发光敏电极中的电子，使其跃迁到导带或传导带上，形成电子空穴对。
电路系统则用于将由光电效应产生的电流转化为可用的电信号。
光电探测器中的电路通常包括放大电路和信号处理电路。
放大电路用于将微弱的光电流放大，增强信号的强度。
信号处理电路则用于对放大后的信号进行滤波、采样、放大等处理，以满足不同应用领域的需求。
总的来说，光电探测器通过光电效应将光信号转化为电信号，利用电路系统对电信号进行处理，最终实现对光信号的检测和分析。
不同类型的光电探测器在工作原理上略有差异，但都基于光电效应的基本原理。
光伏探测器详解
B、雪崩光电二极管（APD）
一般旳硅光电二极管和PIN光电二极管是没有内增益旳光 伏探测器，而在光探测器系统中旳实际应用中，大多是对微 光信号进行探测，采用具有内增益旳光探测器将有利于对薄 弱光信号旳探测。
雪崩光电二极管是具有内增益旳光伏探测器，它是利用 光生载流子在高电场区内旳雪崩效应而取得光电 料主要是硅和锗，实际旳器件具有极短旳响应时间，即数以 千兆旳相应频率，高达100到1000旳增益，所以在光纤通讯、 激光测距、激光雷达和光纤传感器等领域得到了广泛旳应用。
5、频率响应及响应时间 6、温度特征
五．光电探测器应用
1.光电池及应用 光电池是一种无需外加偏压就能将光能转换成电能旳光伏探测 器。光电池能够分为两大类：太阳能光电池和测量光电池。太 阳能光电池主要用作电源，对它旳要求是转换效率高、成本低， 因为它具有构造简朴、体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、 在空间能直接利用太阳能转换电能旳特点，因而不但仅成为航 天工业上旳主要电源，还被广泛地应用于供电困难旳场合和人 们日常生活中。测量光电池旳主要应用时作为光电探测用，即 在不加偏置旳情况下将光信号转换成电信号，对它旳要求是线 性范围宽、敏捷度高、光谱响应合适、稳定性好、寿命长，被 广泛应用在光度、色度、光学精密计量和测验试中
一、三种工作模式
（1）零偏置旳光伏工作模式 若p-n结电路接负载电阻RL，如图，有光照射
时，则在p-n结内出现两种相反旳电流：
光激发产生旳电子－空穴对，在内建电
场作用下形成旳光生电流Ip，它与光照有 关，其方向与p-n结反向饱和电流I0相同；
光生电流流过负载产生电压降，相当于
在p-n结施加正向偏置电压，从而产生电 流ID。
（1）光电池旳构造 光电池是用单晶硅构成旳，在一块N型硅片上扩散P型杂质，形成一种扩 散np结；或在P型硅片扩散N型杂质，形成pn结，在焊上两个电极。P端 为光电池正极，N端为负极，一般在地面上应用作光电探测器旳多为np型。 pn型硅光电池具有较强旳抗辐射能力，适合空间应用，作为航天旳太阳 能电池。下图为是硅光电池结 构示意图。
光电探测器概述分析
光电探测器概述分析光敏元件是光电探测器的核心部件，用于将入射的光能量转换为电能。
常见的光敏元件包括光电二极管、光电倍增管、光电导、光敏晶体等。
其中，光电二极管是最常见的光敏元件，由P型和N型半导体材料组成，当光照射到PN结时，产生光生电流。
光电倍增管是一种具有电子增益的光敏元件，它通过二次发射效应实现光电信号的放大。
光电导是一种基于金属-绝缘-半导体(MIS)结构的光敏元件，光照射到MIS结时，产生的电子流被金属电极捕捉，从而产生电信号。
光敏晶体是一种利用光生载流子的非线性效应来实现光电转换的光敏元件，具有高速响应和高灵敏度的特点。
信号处理电路是光电探测器将光信号转换为电信号后进行进一步处理的电路部分。
常见的信号处理电路包括放大电路、滤波电路、模数转换电路等。
放大电路用于增加光电信号的幅度，以提高信噪比和灵敏度。
滤波电路则用于去除杂散信号和噪声，保留感兴趣的频段信号。
模数转换电路则将模拟电信号转换为数字信号，以便进行数字信号处理和分析。
光电探测器的性能参数主要包括灵敏度、响应时间、线性度、噪声等。
灵敏度是指光电探测器对光信号的敏感程度，一般用电流-光功率转换系数和量子效率来描述。
响应时间是指光电探测器从接收到光信号到产生相应电信号的时间间隔。
线性度是指光电探测器输出的电信号与输入光信号之间的线性关系程度。
噪声是指光电探测器输出电信号中的随机波动，通常分为热噪声、暗电流噪声和光电转换噪声等。
在实际应用中，根据需要选择合适的光电探测器。
有选择的因素包括工作波长范围、动态范围、灵敏度要求、响应速度、稳定性等。
比如，在光通信领域，一般选择具有较高灵敏度和快速响应时间的光电探测器；在光谱分析领域，一般需要选择具有较高线性度和低噪声的光电探测器。
总之，光电探测器是一种重要的光电器件，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和需求的不断增长，对光电探测器的性能和特性要求也在不断提高，这就需要不断地研发和创新，以满足不同领域的应用需求。
光电探测器的原理与应用
光电探测器的原理与应用近几年来，随着光电技术的飞速发展，光电探测器也备受瞩目。
它的应用范围非常广泛，涉及到基础研究、医疗、安防、通信等众多领域。
那么，什么是光电探测器？它有哪些原理和应用呢？本文将为您一一解答。
一、什么是光电探测器？光电探测器是一种将光信号转换为电信号的器件，利用光电效应产生电子，进而从光信号中提取有用信息的装置。
它是一种电光混合技术，是光学和电子学的交叉学科。
二、光电探测器的工作原理光电探测器的工作原理主要基于光电效应和内光效应。
光电效应是一种将光能转化为电能的现象，当光子通过某些材料时，会引起材料中的自由电子跃迁到导带中，产生电子空穴对。
如果这些电子空穴对在外加电场的作用下被分离，就会生成电流。
内光效应是指太阳光在半导体中产生光生载流子，从而发电。
基于这两种现象，光电探测器的工作模式又分为两种：一种是外光电探测器，另一种是内光电探测器。
外光电探测器主要是利用光电效应工作，包括光电倍增管、光电二极管、光电管等。
内光电探测器是利用内光效应工作，包括太阳能电池、半导体激光器、LED 等。
三、光电探测器的应用1. 医疗领域在医疗领域，光电探测器主要用于医学影像系统中，例如牙科X射线成像、CT、MRI等医学设备。
它能够通过将光转化为电来检测和分析人体内部的结构和病变情况。
2. 安防领域光电探测器在安防领域也具有重要应用。
例如，红外线夜视仪、热成像仪等设备都是利用光电探测器的原理进行工作的。
这些设备可以在特定场合下对目标进行有效监测和识别。
3. 通信领域在通信领域，光电探测器则主要用于光通信系统。
比如，在光纤通信中，光电探测器可以将光信号转化为电信号，使信号能够在光纤中传输。
4. 航天领域光电探测器还可以用于航天领域。
例如，太阳能电池就是最常用的一种光电探测器。
在太空中，它可以利用光子产生的电流来供应能量。
总之，光电探测器具有灵敏度高、响应速度快、可靠性好等优点，广泛应用于各个领域。
未来，随着科学技术的不断发展，光电探测器也将会有更加广阔的应用前景。
第4章光电导探测器
光谱响应率：
光电流
I
p
(
)
qNG
q
() h
G
S() I p () q G () h
增大增益系数G可以提高光谱响应率，实际上常用的光电 导探测器的光谱响应率小于1A／W，原因是：
① 产生高增益系数的光电导探测器电极间距需很小，致使光 电导探测器集光面积太小而不实用。
② 若延长载流子寿命也可提高增益系数，但这样会减慢响应 速度，因此，在光电导探测器中，增益与响应速度是相矛 盾的。
半导体在0K时，导电载流子浓度为0。在0K以上，由于热 激发而不断产生热生载流子(电子和空穴)，它在扩散过程 中又受到复合作用而消失。在热平衡下，单位时间内热生 载流子的产生数目正好等于因复合而消失的数目。因此在 导带和价带中维持着一个热平衡的电子浓度n和空穴浓度p， 它们的平均寿命分别用τn和τp表示。
但当入射光功率在较大范围内变化，即光电导变化范围很 大时，要始终保持匹配状态是困难的。
输出电流与电压讨论： 1）高频工作时要考虑电容影响； 2）光电流Ip与入射光功率的关系： 由于半导体对光
的吸收具有非线性特性。所以光电导探测器的光电流与 入射光功率也将呈现非线性关系。
弱入射辐射时，成简单线性 强入射辐射时，成非线性（抛物线型）
§4-2 光电导探测器的特性与性能参数
一、光电导探测器的光谱特性
1. 本征光电导的光谱分布： 特点： 单峰；两端下降；长波限不明显
相对灵敏度/%
100
ZnS CdS
80
60
40
CdSe
20
0 0.3 0.5
PbSe 90K PbS
Ge
PbTe CaAs 90K
InSb
光电探测器
一类是：利用各种光子效应的光子探测器 一类是：利用温度变化效应的热探测器
波相互作用效应：激光与某些敏感材料相互作用过程中产生的一些参量效应，包括非线 性光学效应和超导量子效应。
光电探测器的分类
真空器件
光电管 光电倍增管 真空摄像管 变像管 像增强器 光敏电阻 光电池 光电二极管（PIN APD PIN、APD PIN APD） 光电三极管 位置传感器PSD PSD 电荷耦合器件CCD CCD CMOS图像传感器 CMOS 光电耦合器 光中断器
置放大器、信号处理电路、计算机系统。 光电探测器是光电系统的核心，其他部分都是围绕光电探测器 来设计的。
光电系统
• 光电系统的特点：输出的电信号十分微弱
若探测器输出的信号很微弱，噪声和干扰的影响就不能忽视。 • 探测器的偏置电路、前置放大器都要进行特殊的考虑，即： 低噪声电子设计 • 当探测器输出的信号十分微弱，小到甚至被噪声所淹没， 这时要从噪声中分离出有用信号，就要采用特殊的方法， 即：微弱信号检测的方法。
热探测器
• 热探测器对光辐射的响应无波长选择性
• 与光电效应有本质的不同，光热效应与入射辐射的单个光 子的能量没有直接关系。因此，热效应一般与波长无关， 即光电信号取决于入射辐射功率而与入射辐射的光谱成份 无关
• 光热效应可以产生：
• • • • 温差电效应 电阻率变化效应 自发极化强度的变化效应 气体体积和压强的变化效应等等
光 电 效 应
热 探 测 器
热电偶和热电堆 测辐射热计 热释电探测器 气体探测器：高莱管
温差电效应 电阻率变化效应 自发极化强度的变化效应 气体体积和压强的变化效应
小结——两种探测器的性能比较
光子探测器 工作温度 工作波长 响应时间 响应灵敏度 (大多)需要制冷 对波长有选择 响应时间短 高 热探测器 不需要制冷 对波长无选择 响应时间长 低
光 电 探 测 器
为使入射光功率有效转换成光电流，它须在耗尽区内被半 导体材料有效吸收，故要求耗尽区足够厚、材料对入射光 的吸收系数足够大。在厚度W内被材料吸收的光功率可表 示为 ： PW P 1 e W
0
P0为入射光功率； α (λ)材料的吸收系数，其大小与材料 性质有关，且是波长的函数。通常使用的PIN光电二级管 半导体材料。不同材料适用于不同的波长范围。当工作 波长比材料的带隙波长 λC=1.24/Eg(μm)长时，吸收系数 急剧减小。 为获得最佳的转换效率——量子效率及低的暗电流(它随 带隙能量的增加按指数减小)，理想光电二极管材料的带 隙能量Eg应略小于与最长工作波长相对应的光子能量。 在0.85μm短波长区，Si是最优选材料，截止波长1.09μm， 吸收系数a(λ)≈600cm-1，穿透深度17μm。 在长波长区，Ge和InGaAs合金可选用为 光电二极管材料。
1 exp W
W
1, 1
W ,
但是W 增大时，产生的电子空穴对要花较长 的时间才能到达结边被收集，这样又降低了光 检测器的响应速度。
1.0
• 对于波长的限制：
0.8 70% Si 0.6 50% Ge 0.4 30% InGaAs
hc c Eg
R
P+
N+
PIN光电二极管原理图
抗反射膜
电极
Ⅱ(N) 掺杂浓度很低； P+和N+掺杂浓度很高。 且I层很厚，约有 5~5 0μm，吸收系数 很小，入射光很容易进 入材料内部被充分吸收 而产生大量的电子-空 穴对,因而大幅度提高
P+ Ⅱ(N)
N+
电极
E
PIN光电二极管结构
光电探测器及光电导探测器
响应快，吸收辐射产生信号 响应慢，一般为几毫秒 需要的时间短， 一般为纳 秒到几百微秒
5
二、光电探测器原理
光电探测器：对各种光辐射进行接收和探测的器件
光辐射量
光电探测器
电量
• 光电探测器利用材料的光电效应制成。 • 外光电效应、内光电效应。 • 光电导效应、光生伏特效应及光磁电效应均
属于内光电效应。
5.当测量调制或脉冲光信号时，探测器输出电信号是否能正确 反映光信号的波形—探测器的响应时间。
6.当测量的光信号幅度变化时，探测器输出的信号幅度是否能 线性地响应。
11
等效噪声功率和探测率
➢ 当入射功率小至使信号电流和噪声电流相等时， 信号与噪声难以分辨，器件就失去了探测辐射的 能力。因此要考虑器件的噪声，通常用噪声等效 功率NEP和探测率D*来描述器件的极限探测本领， 即最小可探测功率。
光电探测器及光电导探测器
1
光电探测器及光电导探测器
❖ 光电探测器的物理基础、分类 通常需考虑特性参数； 常用的光电导探测器原理和特性。 光电探测器的噪声
❖ 光电导探测器的电路偏置
2
光检测器件的分类
根据工作机理不同分为：光电探测器和热电探测器。
3
光检测器件
光电器件
热电器件
真空器件
光电管 光电倍增管 真空摄像管 变像管 像增强管
光阴极 6
三、光电转换定律
➢ 光电探测器的作用是将光辐射能转换成易于测量的电学 量，所以光电探测器实质上是一种光－电转换器件。
➢ 光子入射到光电探测器上所产生的光电流，如果光子能
量大于探测器材料的禁带宽度，在观察时间t内，它产 生的平均光电子数为N，则根据量子理论分析的结果， N 与入射的平均光辐射能量成正比，即
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光电子技术论文报告班级：姓名：学号：成绩：指导教师：完成日期：本文主要对光电探测器进行探究，重点介绍光电二极管和光电倍增管，光电二极管中主要介绍PIN光电二极管和雪崩光电二极管。
对相应的光电探测器的结构、原理、特性参数及应用范围等展开探讨，以进一步了解光电探测器。
关键词：PIN光电二极管雪崩光电二极管光电倍增管第一章引言 (1)第二章光电二极管 (2)2.1 PIN光电二极管 (2)2.1.1工作原理 (2)2.1.2结构 (2)2.1.3影响因素 (3)2.2 雪崩光电二极管 (3)2.2.1工作原理 (3)2.2.2 影响响应速度的因素 (4)2.2.3 优点 (4)第三章光电倍增管 (5)3.1结构 (5)3.2使用特性 (6)第四章结论与讨论 (9)第五章参考文献 (10)第一章引言光电探测器是指在光辐射作用下将其非传导电荷变为传导电荷的一类器件。
广义的光电探测器包括所有将光辐射能转变为电信号的一类器件。
光电探测器能把光信号转换为电信号。
根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类：一类是光子探测器；另一类是热探测器。
本文着重介绍光子探测器中的光电二极管和光电倍增管。
第二章光电二极管光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。
但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。
光电二极管是在反向电压作用之下工作的，在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。
如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
2.1 PIN光电二极管PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管，在两种半导体之间的PN 结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。
具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。
2.1.1工作原理在上述的光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。
由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征（Intrinsic）半导体，故称I层，因此这种结构成为PIN光电二极管。
I层较厚，几乎占据了整个耗尽区。
绝大部分的入射光在I层内被吸收并产生大量的电子-空穴对。
在I层两侧是掺杂浓度很高的P型和N 型半导体，P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小。
因而光产生电流中漂移分量占了主导地位，这就大大加快了响应速度。
2.1.2结构在P型半导体和N型半导体之间夹着一层本征半导体。
因为本征层相对于P 区和N区是高阻区这样，PN结的内电场就基本上全集中于I 层中。
如图所示：I层作用：本征层的引入，明显增大了p+区的耗尽层的厚度，这有利于缩短载流子的扩散过程。
耗尽层的加宽，也可以明显减少结电容,从而使电路常数减小。
同时耗尽加宽还有利于对长波区的吸收。
性能良好的PIN光电二极管，扩散和漂移时间一般在10-10s数量级，频率响应在千兆赫兹。
实际应用中决定光电二极管的频率响应的主要因素是电路的时间常数。
合理选择负载电阻是一个很重要的问题。
2.1.3影响因素1、光电二极管和它的负载电阻RC的时间常数。
2、载流子在度越区的耗尽时间。
3、耗尽区外产生的载流子由于扩散而产生的时间延迟。
2.2 雪崩光电二极管雪崩光电二极管是具有内部光电流增益的半导体光电子器件。
它应用光生载流子在二极管耗尽层内的碰撞电离效应而获得光电流的雪崩倍增。
这种器件具有小型、灵敏、快速等优点，适用于以微弱光信号的探测和接收，在光纤通信、激光测距和其他光电转换数据处理等系统中应用较广。
2.2.1工作原理当一个半导体二极管加上足够高的反向偏压时，在耗尽层内运动的载流子就可能因碰撞电离效应而获得雪崩倍增。
人们最初在研究半导体二极管的反向击穿机构时发现了这种现象。
当载流子的雪崩增益非常高时，二极管进入雪崩击穿状态；在此以前，只要耗尽层中的电场足以引起碰撞电离，则通过耗尽层的载流子就会具有某个平均的雪崩倍增值。
2.2.2 影响响应速度的因素载流子在耗尽层中获得的雪崩增益越大，雪崩倍增过程所需的时间越长。
因而，雪崩倍增过程要受到“增益-带宽积”的限制。
在高雪崩增益情况下,这种限制可能成为影响雪崩光电二极管响应速度的主要因素之一。
但在适中的增益下，与其他影响光电二极管响应速度的因素相比，这种限制往往不起主要作用，因而雪崩光电二极管仍然能获得很高的响应速度。
现代雪崩光电二极管增益-带宽积已达几百吉赫。
与一般的半导体光电二极管一样，雪崩光电二极管的光谱灵敏范围主要取决于半导体材料的禁带宽度。
制备雪崩光电二极管的材料有硅、锗、砷化镓和磷化铟等Ⅲ-Ⅴ族化合物及其三元、四元固熔体。
根据形成耗尽层方法的不同,雪崩光电二极管有PN结型(同质的或异质结构的PN结)、金属半导体肖特基势垒型和金属-氧化物-半导体结构等。
2.2.3 优点与真空光电倍增管相比，雪崩光电二极管具有小型、不需要高压电源等优点，因而更适于实际应用；与一般的半导体光电二极管相比，雪崩光电二极管具有灵敏度高、速度快等优点，特别当系统带宽比较大时，能使系统的探测性能获得大的改善。
第三章光电倍增管将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。
光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中。
它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。
闪烁计数器的出现，扩大了光电倍增管的应用范围。
激光检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收器密切有关。
电视电影的发射和图象传送也离不开光电倍增管。
光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域。
3.1结构光电倍增管是一种真空器件。
它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。
典型的光电倍增管按入射光接收方式可分为端窗式和侧窗式两种类型。
图1所示为端窗型光电倍增管的剖面结构图：当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。
这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。
然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。
因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。
另外，光电倍增管还具有响应快速、成本低、阴极面积大等优点。
3.2使用特性（1）光谱响应光电倍增管由阴极收入射光子的能量并将其转换为光子，其转换效率（阴极灵敏度）随入射光的波长而变。
这种光阴极灵敏度与入射光波长之间的关系叫做光谱响应特性。
图4给出了双碱光电倍增管（其光阴极材料为Sb-Rb-Cs和Sb-K-Cs）的典型光谱响应曲线。
（2）光照灵敏度由于测量光电倍增管的光谱响应特性需要精密的测试系统和很长的时间，因此，要为用户提供每一支光电倍增管的光谱响应特性曲线是不现实的，所以，一般是为用户提供阴极和阳极的光照灵敏度。
阴极光照灵敏度，是指使用钨灯产生的2856K色温光测试的每单位通量入射光产生的阴极光电子电流。
阳极光照灵敏度是每单位阴极上的入射光能量产生的阳极输出电流（即经过二次发射极倍增的输出电流）。
（3）电流放大（增益）光阴极发射出来的光电子被电场加速后撞击到第一倍增极上将产生二次电子发射，以便产生多于光电子数目的电子流，这些二次发射的电子流又被加速撞击到下一个倍增极，以产生又一次的二次电子发射，连续地重复这一过程，直到最末倍增极的二次电子发射被阳极收集，这样就达到了电流放大的目的。
这时光电倍增管阴极产生的很小的光电子电流即被放大成较大的阳极输出电流。
一般的光电倍增管有9～12个倍增极。
（4）阳极暗电流光电倍增管在完全黑暗的环境下仍有微小的电流输出。
这个微小的电流叫做阳极暗电流。
它是决定光电倍增管对微弱光信号的检出能力的重要因素之一。
（5）磁场影响大多数光电倍增管会受到磁场的影响，磁场会使光电倍增管中的发射电子脱离预定轨道而造成增益损失。
这种损失与光电倍增管的型号及其在磁场中的方向有关。
一般而言，从阴极到第一倍增极的距离越长，光电倍增管就越容易受到磁场的影响。
因此，端窗型尤其是大口径的端窗型光电倍增管在使用中要特别注意这一点。
（6）温度特点降低光电倍增管的使用环境温度可以减少热电子发射，从而降低暗电流。
另外，光电倍增管的灵敏度也会受到温度的影响。
在紫外和可见光区，光电倍增管的温度系数为负值，到了长度截止波长附近则呈正值。
由于在长波截止波长附近的温度系数很大，所以在一些应用中应当严格控制光电倍增管的环境温度。
（7）滞后特性当工作电压或入射光发生变化之后，光电倍增管会有一个几秒钟以几十秒钟的不稳定输出过程，在达到稳定状态之前，输出信号会出现一些微过脉冲或欠脉冲现象。
这种滞后特性在分光光度测试中应予以重视。
滞后特性是由于二次电子偏离预定轨道和电极支撑架、玻壳等的静电荷引起的。
当工作电压或入射光改变时，就会出现明显的滞后。
对此，北京滨松公司侧窗型光电倍增管采用了“抗滞后设计”方案，实际上已经很好地消除了这种滞后现象。
第四章结论与讨论通过探究，对于光电探测器有了进一步的认识。
在光电子系统中，最关键的部件是它的“眼睛”，即光电探测器。
光电探测器种类繁多，不胜枚举。
原则上讲，只要受到光照射后物理性质会发生变化的任何材料都可用来制作光电探测器。
现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的。
光电探测器应用十分广泛，在光通信、光纤传感、激光测距、跟踪、自动控制以及激光唱片、商品条码读出器等军用、民用产品中，都大量使用各种不同类型的光电探测器。
总之，光电探测器有很大的发展潜力。
第五章参考文献[1]刘锡华.现代光学基础.北京：北京大学出版社.2009[2]张以谟.应用光学.北京：机械工业出版社.1982[3]缪家鼎,徐文娟,牟同升.光电技术.杭州：浙江大学出版社.1994[4]Stevenson R.激光：Nichian 为多种激光二极管产品寻找新市场.化合物半导体与光电技术.2006[5]张永林,狄红卫.光电子技术.北京：高等教育出版社.2005[6]王庆有,蓝天,胡颖.光电技术.北京：电子工业出版社.2005[7]曾冶槐,席与霖,张省吾.光电倍增管及应用.滨松公司光电子学株式会社.1995[8]王清正,胡渝,林崇杰.光电探测技术.北京：电子工业出版社.1994。