光电检测电路的带宽和频率特性

合集下载

《光电检测期末复习题》

第一次作业1、光电检测技术有何特点？光电检测系统的基本组成是怎样的？答：光电检测技术是将光学技术与现代技术相结合，以实现对各种量的测量，它具有如下特点：（1）高精度，光电测量是各种测量技术中精度最高的一种。

（2）高速度，光电检测以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，因此用光学方法获取和传递信息的速度是最快的。

（3）远距离、大量程，光是最便于远距离传递信息的介质，尤其适用于遥控和遥测。

（4）非接触式测量，不影响到被测物体的原始状态进行测量。

光电检测系统通过接收被测物体的光辐射，经光电检测器件将接收到的光辐射转换为电信号，再通过放大、滤波等电信号调理电路提取有用信息，经数模转换后输入计算机处理，最后显示，输出所需要的检测物理量等参数。

2、什么是能带、允带、禁带、满带、价带和导带？绝缘体、半导体、导体的能带情况有何不同？答:晶体中电子所能具有的能量范围，在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能力值，能量愈大,线的位置愈高,一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条带,称为能带。

其中允许被电子占据的能带称为允带。

允带之间的范围是不允许电子占据的，称为禁带。

在晶体中电子的能量状态遵守能量最低原理和泡利不相容原理，晶体最外层电子壳层分裂所形成的能带称为价带。

价带可能被电子填满也可能不被填满，其中被填满的能带称为满带。

半导体的价带收到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带--导带。

对绝缘体和半导体，它的电子大多数都处于价带，不能自由移动，但是热，光等外界因素的作用下，可以少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上去成为载流子。

绝缘体和半导体的区别主要是禁的宽度不同。

半导体的禁带很窄，绝缘体的禁带宽一些，电子的跃迁困难的多，因此，绝缘体的载流子的浓度很小。

导电性能很弱。

实际绝缘体里，导带里电子不是没有，并且总有一些电子会从价带跃迁到导带，但数量极少，所以，在一般情况下，可以忽略在外场作用下他们移动所形成的电流。

微弱光信号的光电探测放大电路的设计

微弱光信号的光电探测放大电路的设计对于各种微弱的被测量，例如弱光、弱磁、弱声、小位移、小电容、微流量、微压力、微振动和微温差等，一般都是通过相应的传感器将其转换为微电流或低电压，再经放大器放大其幅值以反映被测量的大小。

但是，由于被测量的信号很微弱，传感器的本底噪声、放大电路及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰往往比有用信号的幅值大的多，同时，放大被测信号的过程也放大了噪声，而且必然还会附加一些额外的噪声，例如放大器的内部固有噪声和外部干扰的影响，因此，只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅值，才能提取出有用信号。

本文针对检测微弱光信号的光电二极管放大电路，综合分析了其电路噪声、信号带宽及电路稳定性，在此基础上设计了一种低噪声光电信号放大电路，并给出电路参数选择方法。

1 基本电路光电二极管作为光探测器有两种应用模式如图1所示。

(1)光伏模式，如图1 (a)。

此时，光电二极管处于零偏置状态，不存在暗电流，低噪声，线性度好，因而适于精密领域。

本文就是以这种模式为例进行分析，实际应用中，这个电路一般还需在Rf上并联一个小电容Cs，从而使电路稳定。

(2)光导模式，如图1(b)。

这种模式需要给光电二极管加反向偏置电压，因而存在暗电流，产生噪声电流，同时因为非线性，一般应用在高速场合。

当光照射到光电二极管时，光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流Ip，该电流流过跨接在放大器负输入端和输出端的反馈电阻Rf，将运算放大器视为理想放大器，根据理想运算放大器输入端的“虚断”特性，从而有E0=IpRf。

可以看出，光电二极管放大电路实际上是一个I／V转换电路。

这个电路看起来非常简单，只需一个反馈电阻，一个光电二极管和一个放大器便可实现。

从输出电压的线性表达式很容易推出，使反馈电阻Rf增大，将使得输出电压也成比例的增大。

经之前分析时，一般给出其典型值为100MΩ。

在下面的分析我们将看到，反馈电阻不但影响信号的带宽，而且影响整个电路噪声。

光电探测器规格书

光电探测器规格书
以下是光电探测器的一般规格书：
1. 型号：在规格书中明确标识光电探测器的型号，以方便识别和使用。

2. 探测范围：规格书中应包含光电探测器的探测范围，即能够探测到的光的波长范围。

3. 探测灵敏度：规格书中应明确光电探测器的灵敏度，即接收到的光信号产生的电流或电压输出信号的幅度。

4. 噪声等级：规格书中应明确光电探测器的噪声等级，即探测器内部杂散噪声的大小。

5. 响应时间：规格书中应指明光电探测器的响应时间，即探测器对光信号作出响应的时间。

6. 分辨率：规格书中应明确光电探测器的分辨率，即探测器能够分辨出的最小光信号的能力。

7. 输入光功率：规格书中应指出光电探测器能够承受的最大输入光功率。

8. 工作温度范围：规格书中应明确光电探测器的工作温度范围，即探测器能够正常工作的温度范围。

9. 尺寸和连接接口：规格书中应提供光电探测器的尺寸和连接接口信息，以便于集成和连接到其他设备。

10.其他特殊要求：规格书中可以包含其他特殊要求或规格，
根据需要进行补充说明。

以上是光电探测器一般规格书中的常见内容，具体的规格书可能会根据不同的厂家和产品有所差异。

光电检测简答题

光电检测简答题简述光电二极管和光电池的结构和特性异同光电二极管的光敏面小，结面积小，频率特性好，虽然光生电动势相同，但光电流普遍比光电池小，为数微安。

掺杂浓度：光电池约为10^16-10^19/cm3,硅光电二极管10^12-10^13/cm3电阻率：光电池0.1-0.01Ω/cm,光电二极管1000Ω/cm光电池零偏压下工作，光电二极管反偏压下工作在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点？为什么把光敏电阻制成蛇形材料的光电灵敏度与带宽是矛盾的：光电灵敏度高则带宽窄，反之，器件的带宽越宽，则光电灵敏度越低。

光敏电阻制造成蛇形，这样既可以保证有较大的受光面积，又可以减小电极之间的距离；从而既可减小载流子的两极间渡越时间，也有利于提高灵敏度。

说出PIN管、雪崩光电二极管的工作原理和特点，为什么PIN管的频率特性好过普通管PIN:在P型和N型半导体之间夹着一层相对很厚的本征半导体，PN结的内电场就基本上全集中于本征层中，使PN结双电层的间距加宽，结电容变小。

时间常数变小，频带变宽。

特点：1、频带宽2、本征层很厚，在反偏压下运用可承受较高反向电压，线性输出范围宽3、由耗尽层宽度与外加电压的关系可知，增加反向偏压会使耗尽层宽度增加，且集中在本征层，结电容进一步减小，频带宽度变宽4、本征层电阻很大，管子的输出电流小，一般多为零点几微安至数微安，目前有将PIN管与前置运算放大器集成在同一芯片上并封装成一个器件APD：利用PN结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种二极管特点：1、工作电压很高，接近于反向击穿电压2、结区内电场极强，光生电子在这种强电场中可得到极大的加速产生电离雪崩反应。

因此这种管子有很高的内增益，可达到几百，当电压等于反向击穿电压时，电流增益可达10^6，即产生雪崩3、是目前响应速度最快的一种光电二极管4、由于雪崩反应随即所以噪音较大，特别是工作电压接近或等于反向击穿电压时，噪声可增大到放大器的噪声水平，以至无法使用具有很短的时间相应，时间常数较小，f=1/2πRC,所以频率特性好为什么说光电池的频率特性不是很好1、光电池的光敏面一般较大，因此极间电容较大2、光电池工作在第四象限，有较小的正偏压存在，因此内阻较低，且随入射光功率变差，因此光电池的频率特性不好简述光电检测器件和热点器件检测原理、性能及应用等方面的差异光电效应是指物体受光照射后，材料电学性质发生了变化的现象。

光电二极管响应时间和带宽的计算公式

光电二极管响应时间和带宽的计算公式1. 引言1.1 光电二极管响应时间和带宽的重要性光电二极管的响应时间是指它从受光刺激到产生电信号的时间间隔，通常用单位时间内的信号上升时间来描述。

响应时间的快慢决定了光电二极管对光信号的捕捉速度，对于需要高速传输和高精度测量的应用领域尤为重要。

一个具有快速响应时间的光电二极管可以更快地响应光信号，提高系统的响应速度和性能。

光电二极管的带宽则是指其能够传输的最高频率范围，即光信号频率的上限。

带宽越宽，说明光电二极管能够处理更高频率的光信号，从而提高了系统的传输速率和分辨率。

在高频率、大容量数据传输和高精度光谱分析等应用中，带宽的重要性不言而喻。

光电二极管的响应时间和带宽对于其在各种应用领域中的性能表现至关重要。

高速响应时间和宽带宽可以提高系统的响应速度、传输速率和分辨率，从而拓展了光电二极管的应用范围。

研究和优化光电二极管的响应时间和带宽是当前光电器件领域的重要研究方向，也是实现更高性能光电器件的关键。

2. 正文2.1 光电二极管的响应时间计算公式光电二极管的响应时间是指从光照到光电流响应的时间间隔，是评价光电二极管性能优劣的重要指标之一。

在实际应用中，准确计算光电二极管的响应时间对于保证系统的稳定性和性能至关重要。

下面将介绍光电二极管的响应时间计算公式及其相关内容。

光电二极管的响应时间主要取决于载流子在半导体内部的扩散时间和漂移时间。

一般来说，光电二极管的响应时间可以通过以下公式计算：\[ T_{r} = \frac{0.74 \cdot L^{2} + L \cdot W_{p}}{D} \]T_{r}表示光电二极管的响应时间，L表示载流子的扩散长度，W_{p}表示载流子的漂移长度，D表示载流子的扩散系数。

2.2 光电二极管的带宽计算公式光电二极管的带宽是指其响应频率范围，即能够有效传输信号的频率范围。

带宽的计算公式可以通过光电二极管的响应时间来推导，因为带宽与响应时间密切相关。

知道智慧树《光电检测原理与技术(内蒙古大学)》网课章节测试答案

第一章测试【单选题】(20分) 以下属于光电检测仪器的有（）。

A.遥控器B.洗衣机C.路灯√ D.光敏电阻【多选题】(20分)光电检测系统的组成包括（）。

√A.光源√B.光电检测电路√C.光电探测器√D.光学系统【多选题】(20分)以下属于光电检测技术的特点的有（）。

√A.精度高√B.速度快√C.寿命长√D.距离远【判断题】(20分)光电检测技术是对待测光学量或由非光学待测物理量转换成光学量，通过光电转换和电路处理的方法进行检测的技术。

（）√ A.对B.错【判断题】(20分)半导体激光器在激光外径扫描仪中起到提供光源的作用。

（）A.错√ B.对第二章测试【单选题】(10分) 可见光的波长范围是（）。

A.10 nm～400 nm√ B.380 nm～780 nmC.1 mm以上D.760 nm～1 mm【单选题】(10分) 半导体对光的吸收种类不包括（）。

A.本征吸收B.晶格吸收√ C.电子吸收D.激子吸收【单选题】(10分) 荧光灯的光谱功率谱是（）。

A.连续光谱√ B.复合光谱C.带状光谱D.线状光谱【单选题】(10分) 激光器的发光原理是（）。

A.自发吸收B.自发辐射C.受激吸收√ D.受激辐射【单选题】(10分) 视角分辨率的单位通常为（）。

A.ppiB.cpiC.dpi√ D.lpi【多选题】(10分)光调制包括（）。

√A.AM√B.FM√C.PMD.DM【多选题】(10分)电光效应反映介质折射率与电场强度可能呈（）。

√A.平方关系B.无关系C.立方关系√D.线性关系【多选题】(10分)大气散射包括（）。

A.费曼散射√B.无规则散射√C.米氏散射√D.瑞利散射【多选题】(10分)光纤损耗包括（）。

A.折射损耗√B.散射损耗√C.吸收损耗D.反射损耗10【单选题】 (10分)A.2.8 lm和2.55×104 cdB.3 lm和4.8×103 cdC.√1.63 lm和5.22×105 cdD.28.8 lm和2.55×106 cd第三章测试10【多选题】(10分)以下主要利用光电子发射效应的光电器件有（）。

光电探测器原理

光电探测器功能及应用表征光电探测器性能参数主要有：量子效率、响应度、频率响应、噪声和探测度等。

其中量子效率和响应度表征了光电探测器将入射光转换成光电流本领的大小，频率响应表征了光电探测器工作速度的快慢，噪声和探测度表征了光电探测器所能探测到最小的入射光能量。

一、有关响应方面的性能参数1. 响应率（Responsivity）RV或RI表征探测器将入射光信号转换成电信号的能力电流的响应率RI：探测器将入射光信号转换成电流信号Ie的能力。

电压响应率RV：探测器将入射光信号转换成电压信号Ve的能力。

2.单色灵敏度Rλ --- 波长为l的单色辐射源单色灵敏度：输出的光电流iλ与波长为λ的入射到探测器的单色辐射光通量Pλ（或照度）之比3.积分灵敏度--- 复色辐射源表示探测器对连续入射光辐射的反应灵敏程度4. 响应时间描述光电器件对入射辐射响应快慢的参数5. 频率响应度二、有关噪声方面的参数1、信噪比信噪比是判定噪声大小通常使用的参数。

它是在负载电阻RL上产生的信号功率与噪声功率之比，（S――Signal N――Noise）2. 噪声等效功率（NEP）3. 探测率与比探测率三、其它参数1. 量子效率描述光电转换器件光电转换能力的一个重要参数2.线性度线性度是描述光电探测器输出信号与输入信号保持线性关系的程度。

工作参数为了提高传输效率并且无畸变地变换光电信号，就要使相互连接的各器件都处于最佳的工作状态，所以光电探测器要与被测信号、光学系统以及后续的电子线路在特性和工作参数上相匹配。

1、灵敏度（或称响应度）灵敏度RV （或RI ）的定义为：探测器输出电压VS（或输出电流IS）与输入光功率P之比。

由于灵敏度与入射光波长关系密切。

入射波长不同，探测器的灵敏度也不同，所以一般还须给出灵敏度的光谱响应特性。

在光谱响应特性曲线中，探测器的光谱响应范围是峰值灵敏度下降一半时的波长范围。

但对具体器件的光谱响应范围的定义可能不同，例如对光电倍增管的定义为下降到峰值灵敏度的1% 或0.1%的波长范围。

光电检测技术第三章光电检测器

33
光电检测器件
阴极室的结构与光阴极K的尺寸和形状有关,它的作用是把阴极在光照下由外光电效应（见光电式传感器）产生的电子聚焦在面积比光阴极小的第一打拿极D1的表面上。二次发射倍增系统是最复杂的部分。打拿极主要选择那些能在较小入射电子能量下有较高的灵敏度和二次发射系数的材料制成。常用的打拿极材料有锑化铯、氧化的银镁合金和氧化的铜铍合金等。打拿极的形状应有利于将前一级发射的电子收集到下一极。
11
光电探测器的响应随入射辐射的调制频率而变化的特性。其关系如下：
S f So
1 2f 2
1 2
Sf
So
1 0.707
频率响应曲线
上限截止频率
f上
1
2
1
2RC
f f上
12
二、有关噪声方面的参数（内部噪声）光电检测器件对这些随时间而起伏的噪声电压(流)按时间取平均值，
则平均值等于零。但这些值的均方根不等于零，这个均方根电压(流)称探测器的噪声电压(流)。 1、光电探测器件的噪声 ①热噪声
计起伏)所造成的噪声。在每个时间间隔内，穿过势垒区的载流子数或从阴极到阳极的电子数都围绕一平均值上下起伏。同样是白噪声。 ③产生复合噪声
载流子的产生率与复合率在某个时间间隔也会在平均值上下起伏。这种起伏导致载流子浓度的起伏，从而也产生均方噪声电流。频率越低，电流较大时，该噪声就越大。
14
光电检测器件
光电探测器线性区的大小与探测器后的电子线路有很大关系。因此要获得所要的线性区，必须设计有相应的电子线路。
20
光电检测器件
线性区的下限一般由器件的暗电流和噪声因素决定；上限由饱和效应或过载决定。
光电探测器的线性区还随偏置、辐射调制及调制频率等条件的变化而变化。 3、工作温度

光电检测原理与技术知到章节答案智慧树2023年内蒙古大学

光电检测原理与技术知到章节测试答案智慧树2023年最新内蒙古大学第一章测试1.以下属于光电检测仪器的有（）。

参考答案:光敏电阻2.光电检测系统的组成包括（）。

参考答案:光电探测器;光电检测电路;光源;光学系统3.以下属于光电检测技术的特点的有（）。

参考答案:寿命长;速度快;距离远;精度高4.光电检测技术是对待测光学量或由非光学待测物理量转换成光学量，通过光电转换和电路处理的方法进行检测的技术。

（）参考答案:对5.半导体激光器在激光外径扫描仪中起到提供光源的作用。

（）参考答案:对第二章测试1.可见光的波长范围是（）。

参考答案:380 nm～780 nm2.半导体对光的吸收种类不包括（）。

参考答案:电子吸收3.荧光灯的光谱功率谱是（）。

参考答案:复合光谱4.激光器的发光原理是（）。

参考答案:受激辐射5.视角分辨率的单位通常为（）。

参考答案:lpi6.光调制包括（）。

参考答案:PM;AM;FM7.电光效应反映介质折射率与电场强度可能呈（）。

参考答案:平方关系;线性关系8.大气散射包括（）。

参考答案:瑞利散射;无规则散射;米氏散射9.光纤损耗包括（）。

参考答案:吸收损耗;散射损耗10.参考答案:1.63 lm和5.22×105 cd第三章测试1.以下主要利用光电子发射效应的光电器件有（）。

参考答案:光电倍增管;真空光电管2.可用作光敏电阻的主要材料包括有（）。

参考答案:有机材料;半导体;金属;高分子材料3.以下主要利用光伏效应的光电器件有（）。

参考答案:CIGS电池4.以下属于声光调制晶体的有（）。

参考答案:PbMoO5.以下效应可用于普朗克常量测量的是（）。

参考答案:光电效应6.光伏探测器处于光电导工作模式，其外加偏压为正向偏压。

（）参考答案:错7.光敏电阻的电阻温度系数可正可负。

（）参考答案:对8.光电导探测器的工作原理是多子导电。

（）参考答案:对9.光电倍增管的阳极灵敏度和阴极灵敏度之比是电流增益。

光电检测器的工作原理和性能分析

光电检测器的工作原理和性能分析在现代科技领域中，光电检测器是一种十分重要的器件。

它能够将光信号转换为电信号，从而实现信息的采集和处理。

光电检测器广泛应用于成像、通信、测量、环境监测等领域。

而要深入了解光电检测器，我们就需要了解它的工作原理和性能分析。

一、光电检测器的工作原理光电检测器的工作原理基础是光电效应。

所谓光电效应，就是指当光线照射到金属表面时，金属表面所吸收的能量大于金属表面的电子维持在金属原子内部的能量时，这些电子将受到足以克服束缚力而逸出金属表面的能量。

光电效应是描述光电检测器中电子释放的物理现象。

基于光电效应原理，光电检测器将光能转换为电能的机制就是光电转换。

光电检测器会将光线转换为电子，并且利用电（光子）离子化的功能来检测没有其他光子影响之前光子的光强度。

光电检测器通常由两个基本部件构成：感光组件和电子放大器。

感光组件负责将光信号转换为电信号，而电子放大器则负责放大电信号，以便更好地采集和处理。

具体而言，光电检测器的工作原理大致可分为以下几个步骤：1. 光线照射到感光组件，使光电子被放出。

2. 放出的光电子经过电子放大器的放大作用，转变成弱电信号。

3. 采集和处理这些弱电信号。

其中，感光组件通常使用半导体材料制成，半导体技术不仅在光电检测器领域应用广泛，而且在集成电路芯片、太阳能电池等领域都有重要应用。

二、光电检测器的性能分析1. 灵敏度灵敏度是光电检测器性能的关键指标之一。

它反映了光电检测器对于光信号强度的检测能力。

一般来说，越高的灵敏度代表着光电检测器所能检测到的最小光信号强度越低。

2. 噪声在信号检测过程中，噪声是常常存在的。

光电检测器的噪声可以分为两种类型：热噪声和信号电路噪声。

其中，热噪声是与检测物体本身热运动有关的随机噪声，而信号电路噪声是由于电子器件限制造成的。

3. 带宽带宽是指光电检测器所能接收的频率范围，是另一个重要的性能指标。

通常来说，带宽越宽，光电检测器所能适应的工作条件就越多。

光电检测技术特点

光电检测技术特点：①便于数字化和智能化②检测精度高，速度快③非接触式检测④遥测遥控。

光电检测系统组成框图：辐射源-光学系统-光电系统-电子学系统-运算机系统。

光电检测技术：采用不同的手腕和方式获取信息，运用光电技术的方式来查验和处置信息，从而实现各类几何量和物理量的测量。

光电效应：因光照而引发物体电学特性的改变的现象。

内光电效应：被光激发所产生的载流子仍在物质内部运动，是物质的电导率发生转变或产生光生电动势的现象。

外光电效应：被光激发产生的电视逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。

半导体对光的吸收：本征吸收，杂质吸收，激子吸收，自由载流子吸收，晶格吸收。

能引发光电效应的有：本征吸收和杂质吸收由半导体价带电子吸收光子能量跃迁入导带产生电子-空穴的现象为本征吸收。

光电导效应：半导体受光照后，其内部产生光生载流子，是半导体中载流子数量显著增加而电阻减小的现象。

光敏电阻：具有光电导材料制成的随入射光气宇转变的器件。

原理：在两头加上电压，有电流通过，改变光气宇，电流改变，说明电阻随光气宇转变。

分类：本征半导体光敏电阻，杂质型半导体光敏电阻。

光敏电阻的大体特性:①光电特性：随光气宇转变电导转变越大越灵敏②伏安特性③温度特性：光电导随温度升高而下降光电响应特性受温度影响大④时刻响应：比其他光电器件差，频率响应低，具有特殊性⑤噪声特性⑥光谱响应：电流灵敏度与波长的关系光敏电阻长处:①灵敏度高②工作电流大③光谱响应范围宽④非线性动态范围与所测光强范围宽⑤无极性而利用方便⑥寿命长价钱低。

缺点：①响应时刻长②频率特性差③强光线性差④受温度影响大。

光敏二极管：工作原理：PN结中原子产生本征吸收，激发原子—空穴对，在电场作用下，形成反向的电流。

光电二极管特性参数：①光谱响应②频率响应③时刻响应④噪声⑤温度特性PIN光敏二极管的结构：分三层，即P型半导体和N型半导体之间夹着较厚的本征半导体I层，它是用高阻N型硅片做I层，然后把它的两面别离作N+和P+杂质扩散，在两面制成欧姆接触而取得PIN光电二极管。

简答题——光电检测技术期末整理

简答题——光电检测技术期末整理1雪崩光电⼆极管的⼯作原理（当光敏⼆极管的PN结上加相当⼤的反向偏压（100~200V）时，在结区产⽣⼀个很强的电场，使进⼊场区的光⽣载流⼦获得⾜够的能量，在与原⼦碰撞时可使原⼦电离，⽽产⽣新的电⼦—空⽳对。

只要电场⾜够强，此过程就将继续下去，使PN结内电流急剧增加，达到载流⼦的雪崩倍增，这种现象称为雪崩倍增效应。

）2、光⽣伏特效应与光电导效应的区别和联系？（共性：同属于内光电效应。

区别：光⽣伏特效应是少数载流⼦导电的光电效应，⽽光电导效应是多数载流⼦导电的光电效应。

）什么是敏感器？敏感器与传感器的区别和联系？（将被测⾮电量转换为可⽤⾮电量的器件。

共性：对被测⾮电量进⾏转换。

区别：敏感器是把被测量转换为可⽤⾮电量，传感器是把被测⾮电量转换为电量）发光⼆极管的⼯作原理。

（在PN结附近，N型材料中的多数载流⼦是电⼦，P型材料中的多数载流⼦是空⽳，PN结上未加电压时构成⼀定的势垒，当加上正向偏压时，在外电场作⽤下，P区的空⽳和N区的电⼦就向对⽅扩散运动，构成少数载流⼦的注⼊，从⽽在PN结附近产⽣导带电⼦和价带空⽳的复合。

⼀个电⼦和⼀个空⽳对每⼀次复合，将释放出与材料性质有关的⼀定复合能量，这个能量会以热能、光能、或部分热能和部分光能的形式辐射出来。

说明光⼦器件与热电器件的特点。

PIN型的光电⼆极管的结构、⼯作原理及特点（它的结构分三层，即P型半导体和N型半导体之间夹着较厚的本征半导体I层，它是⽤⾼阻N型硅⽚做I层，然后把它的两⾯抛光，再在两⾯分别作N+和P+杂质扩散，在两⾯制成欧姆接触⽽得到PIN光电⼆极管。

原理：层很厚，对光的吸收系数很⼩，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，因⽽⼤幅度提供了光电转换效率，从⽽使灵敏度得以很⾼。

两侧P 层和N层很薄，吸收⼊射光的⽐例很⼩，I层⼏乎占据整个耗尽层，因⽽光⽣电流中漂移分量占⽀配地位，从⽽⼤⼤提⾼了响应速度。

光电子技术基础14

3. 频率灵敏度Rf(响应频率fc和响应时间t)
若入射光是强度调制，在其它条件不变下，光电流if将随调频f的升高而下降，这时的灵敏度称为频率灵敏度Rf，
定义为
Rf
if P
if是光电流时变函数的付里叶变换，通常
if
i f 0
1 (2f )2
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。
D 1 (瓦1) NEP
这样，D值大的探测器就表明其探测力高。常需要在同类型的不同探测器之间进行比较，发现“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。
探测器的噪声功率N ∝Δf，所以
于是由D的定义知
in (f )
1
D (f ) 2
另一方面，探测器的噪声功率N∝ A
7. 其它参数
光电探测器还有其它一些特性参数，在使用时必须注意到，例如光敏面积，探测器电阻，电容等。
特别是极限工作条件，正常使用时都不允许超过这些指标，否则会影响探测器的正常工作，甚至使探测器损坏。
通常规定了工作电压、电流、温度以及光照功率允许范围，使用时要特别加以注意。
光敏电阻
光电二极管
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。
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内的总功率。

光电检测器件工作原理及特性解读

光子检测器件的特点： 1、响应波长有选择性。存在截止波长。 2、响应快。一般为纳秒到几百微秒
二、特性参数
1、响应度（或称灵敏度）S
电压响应度：SV=Vo/Pi
电流响应度：SI=Io/Pi
其中：Vo和Io分别为光电检测器输出电压和输出电流。P为入射光功率（或用通量Φ表示）。
2、光谱响应度S(λ)
热噪声电压和电流均方值为：？=4kTRΔf ？=4kT(Δf/R) 其中R为导体电阻，k为玻耳兹曼常数，T为导体的热力学温度，Δf为测量系统的噪声带宽。
热噪声存在于任何电阻中，与温度成正比，与频率无关，说明热噪声是由各种频率分量组成，可称为白噪声。
阻值与温度变化关系：
ΔR=αTRΔT
αT为电阻温度系数 R为元件电阻
当温度变化足够小时， αT=1/R*dR/dT
对金属材料，R=BT，则αT=1/T，呈反比关系。
对半导体材料，R与T具有指数关系，则αT=-B/T2。说明温度越高，电阻温度系数越小。B为常数，典型值3000K。
3、温差电效应
由两种不同材料制成的结点由于受到某种因素作用而出现了温差，就有可能在两结点间产生电动势，回路中产生电流，这就是温差电效应。
S/N的大小与入射信号辐射功率及接收面积有关，入射辐射强，接收面积大，则S/N就大。但性能不一定就好，对两种光电器件只有在相同信号辐射功率相同情况下才能比较。
9、线性度（非线性误差δ）：线性度是描述光电检测器输出信号与输入信号保持线性关系的，即在规定范围内，光电检测器的输出电量正比于输入光量的性能。光电检测器件的响应度是常数的范围称为线性区。
光电导对光强变化反应的惰性引起光电流变化的延迟
输出光电流与光功率调制频率变化关系是一低通特性。
3、光电导增益

光电子器件第二章结型光电探测器

第2章结型光电探测器2.1.光伏效应光伏现象一导体材料的“结效瓯如:雪崩二极管ncmla^l (calhcxie)p-la>rer Oration/ / region□contact(anoda)光照下u1.24a(pim)=光照零偏p 〃结产生开路电压的效应光照反偏光电信号是光电流A结型光电探测光电二极管器的工作原理空2. 2. 硅光电池光电池是一种不需加偏蚤电压就能把光能直接转换成电能的PN结光电器件，按光电池的功用可将其分为煎类*即太阳能光电池和测量光电池。

K /太卩聆总光电池主要用作向负载提供电源，对它的要求主要是光电转换效率高、成本低。

由于总具有结构简单、体积小、重量轻、髙可靠性、寿命长、可在空间直接将太阳能转换成电能的特点，因此成为航天工业中的重要电源，而且还被广泛地应用于供电困难的场所和一些日用便携电器中。

测量光电池的主要功能是作为光电探测，即在不加偏置的情况下将光信号转换成电信号，此时对它的要求是线性范围宽、灵敏度高、光谱响应合适、稳定性高、寿命长等。

它常被应用在光度、色度、光学精密计量和测试设备中。

1•用途a.b.作光电探测器使用红外辐射探测器光电读出光电耦合作为电源使用人造卫星野外灯塔微波站§2.2光电池•光电池能直接将光通量转变为电动势，实际为电压源结构和工作原理硼扩冃攵层p 型电极光电池的结构原理图光光电池有方形圆形三角形环形等P —+ N-+ O——丄p N-------------------------------- ___________________+性1・硅光电池的基本结构和工作原理按硅光电池衬底材料的不同奇分为2DR 型和2CR 型。

如图3・9 (a)所示为2DR 型硅光电池，它是以P 型硅为衬底(即在本征型硅材料中掺入三价元素硼或镣等)，然后在衬底上扩散磷而形成N 型层并将其作为受光面。

硅光电池的受光面的输出电极多做成如图3・9 (b)所示为硅光电池的外形图，图中所示的梳齿状或“E”字型电极，其目的是减小硅光电池的内电阻。

光电检测期末复习

复习题1、光电检测系统通常主要由光学变换、光电转换、电信号处理三部分组成。

2、在环境亮度大于10cd/m²时,最强的视觉响应在光谱蓝绿区间的555 nm处。

3、光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。

由于其引入了电子倍增机构，因此具有灵敏度高、响应时间快等特点，常被使用。

4、FTCCD指的是帧转移型CCD5、发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件，他由P型和N型半导体组合而成。

其发光机理可以分为__ PN结注入发光_、_异质结注入发光__。

6、光电池的PN结工作在零偏状态，它的开路电压会随光照强度的增加而增加。

7、对于辐射源来说，光通量（光功率）定义为单位时间内向所有方向发射的可见光能量。

8、激光的形成必须具有工作物质、泵浦源、光学谐振腔。

9、入瞳位于无限远，物方主光线平行于光轴的光学系统称为物方远心光路，此光路克服了调焦不准带来的测量误差，常用于瞄准、读数和精密测量。

10、短焦物镜用于拍近距离物体，焦距越短，视场角越大，因此也称为广角物镜。

11、载光电耦合器件既具有光电耦合特性，又具有隔离特性12、三种典型光子效应是指光电发射效应、光电导效应和光伏效应。

13、光敏电阻的工作原理是光照产生光生载流子，使其电阻值急剧减小。

14、CCD与其它器件相比，最突出的特点是它以电荷作为信号，而其他大多数器件是以电流或者电压作为信号。

15、依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪声可大致分为散粒噪声、热噪声和低频噪声三类。

16、由于光源发光的各向异性，许多光源的发光强度在各个方向是不同的。

若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度相同的点连线，得到该光源在该截面的发光强度曲线，称为配光曲线。

17、人眼按不同照度下的响应可分为明视觉、暗视觉。

18、降压使用对于光电测量用的白炽灯光源十分重要，因为灯泡寿命的延长将使系统的调整次数大为减少，也提高了系统的可靠性。

19、出瞳位于像方无限远处，平行于光轴的像方主光线在无限远处会聚于出瞳中心的光路被称为像方远心光路，它用于大地测量中测距，能大大提高测距精度。

光电探测器基础知识单选题100道及答案解析

光电探测器基础知识单选题100道及答案解析1. 光电探测器的主要作用是（）A. 发射光信号B. 接收光信号并转换为电信号C. 增强光信号D. 过滤光信号答案：B解析：光电探测器的主要作用是接收光信号，并将其转换为电信号，以便后续处理和分析。

2. 以下哪种不是常见的光电探测器类型（）A. 光电二极管B. 光电三极管C. 热敏电阻D. 雪崩光电二极管答案：C解析：热敏电阻是利用电阻值随温度变化的特性来测量温度的，不是光电探测器。

3. 光电二极管工作在（）A. 正向偏置B. 反向偏置C. 零偏置D. 以上均可答案：B解析：光电二极管通常工作在反向偏置状态，以提高其响应速度和灵敏度。

4. 雪崩光电二极管的主要特点是（）A. 高灵敏度B. 低噪声C. 高速响应D. 以上都是答案：D解析：雪崩光电二极管具有高灵敏度、低噪声和高速响应等优点。

5. 光电探测器的响应度与（）有关A. 入射光波长B. 入射光强度C. 探测器面积D. 以上都是答案：D解析：光电探测器的响应度与入射光波长、入射光强度和探测器面积等因素都有关系。

6. 提高光电探测器响应速度的方法不包括（）A. 减小探测器的电容B. 增加负载电阻C. 采用高速的材料D. 优化电路设计答案：B解析：增加负载电阻会降低响应速度，而减小探测器电容、采用高速材料和优化电路设计可以提高响应速度。

7. 以下哪种光电探测器适用于高速光通信（）A. 普通光电二极管B. PIN 光电二极管C. 雪崩光电二极管D. 以上均可答案：C解析：雪崩光电二极管具有高速响应特性，适用于高速光通信。

8. 光电探测器的量子效率表示（）A. 输出电信号与输入光信号的比值B. 产生的电子-空穴对与入射光子数的比值C. 探测器的灵敏度D. 探测器的噪声水平答案：B解析：量子效率是指产生的电子-空穴对与入射光子数的比值。

9. 光电探测器的噪声主要来源不包括（）A. 热噪声B. 散粒噪声C. 1/f 噪声D. 光噪声答案：D解析：光噪声通常不是光电探测器的主要噪声来源，热噪声、散粒噪声和1/f 噪声是常见的噪声来源。

光电探测器拍频原理

光电探测器拍频原理光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，它在现代光电技术中起着重要的作用。

光电探测器拍频原理是指利用光信号的频率变化来实现信号的检测和测量。

光电探测器拍频原理的基本思想是通过控制光信号的频率，使其与探测器内部的参考信号产生差频，然后通过检测差频信号的幅度或相位来获得所需的信息。

这种原理可以应用于各种光学领域，如光通信、光谱分析、光学测量等。

在光电探测器拍频原理中，一个重要的参数是光信号的频率。

光信号的频率可以通过改变激光器的工作频率或调制光信号的频率来实现。

常用的调制方法有直接调制和外差调制两种。

直接调制是指直接改变激光器的工作频率，使其与参考信号产生差频。

这种方法简单易行，但由于激光器的频率调制范围有限，所以适用于频率范围较窄的应用。

外差调制是指将激光器的频率固定在一个值，然后通过外部器件对光信号进行调制，使其与参考信号产生差频。

这种方法可以实现较大范围的频率调制，并且可以根据需要选择不同的调制方式，如强度调制、频率调制和相位调制等。

光电探测器拍频原理的关键是通过差频信号的检测来获得所需的信息。

差频信号的检测可以通过光电探测器内部的光电二极管或光电倍增管来实现。

光电二极管是一种将光信号转化为电信号的器件，其输出电流与光信号的强度成正比。

光电倍增管是一种具有放大功能的光电二极管，可以将微弱的光信号放大到较大的幅度。

在光电探测器拍频原理中，差频信号的检测是通过将光电二极管或光电倍增管连接到一个带通滤波器中实现的。

带通滤波器可以选择特定的频率范围，使差频信号的幅度或相位在该范围内得到放大。

然后，通过接收电路对放大后的信号进行处理，可以得到所需的信息。

光电探测器拍频原理在光通信中有着广泛的应用。

光通信是一种利用光信号传输信息的通信方式，其传输速度快、带宽大、抗干扰性强等优点使其成为现代通信系统中的主要技术之一。

光电探测器拍频原理可以用于光通信系统中的光信号检测和测量，实现光信号的调制、解调和时钟恢复等功能。