_第4章+光电探测器概述及光电导探测器
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《光电导探测器》课件
详细描述
光电导探测器在光通信领域中用于光信号的接收和检测，在光谱分析中用于光 谱仪的光电转换，在环境监测中用于气体和液体的成分分析和浓度测量，在生 物医学中用于医疗诊断和生物分子检测等。
02
CHAPTER
光电导探测器的基本结构
半导体材料
光电导探测器的核心是半导体材料，它们能够吸收光子并产生电子-空穴对。常见的 半导体材料包括硅、锗、硫化铅等。
这些半导体材料具有直接带隙结构，使得它们能够有效地吸收特定波长的光子，产 生光生载流子。
半导体材料的性能决定了光电导探测器的响应速度、光谱响应范围和暗电流等关键 参数。
光敏元件
光敏元件是光电导探测器的核心部分 ，它负责吸收光子并转换为电信号。
光敏元件的形状和尺寸对探测器的性 能有重要影响，例如响应速度、光谱 响应范围和探测率等。
未来发展方向与挑战
交叉学科融合
光电导探测器的发展需要与物理、化学、生物等 多学科交叉融合，开拓新的应用领域。
环境适应性
提高光电导探测器的环境适应性，使其能够在恶 劣环境下稳定工作。
降低成本
通过优化工艺和材料，降低光电导探测器的制造 成本，促进其在民用领域的应用。
THANKS
谢谢
光谱响应
描述光电导探测器在不同波长光下的 响应特性，是决定探测器应用范围的 重要参数。
响应时间与恢复时间
响应时间
光电导探测器从接收到光信号到产生可观测电信号的时间间隔，反映了探测器的反应速 度。
恢复时间
探测器在持续光照下，从最大响应状态回到初始状态所需的时间，影响连续测量时的性 能。
温度稳定性与可靠性
03
CHAPTER
光电导探测器的性能参数
响应度与探测率
光电导探测器在光通信领域中用于光信号的接收和检测，在光谱分析中用于光 谱仪的光电转换，在环境监测中用于气体和液体的成分分析和浓度测量，在生 物医学中用于医疗诊断和生物分子检测等。
02
CHAPTER
光电导探测器的基本结构
半导体材料
光电导探测器的核心是半导体材料，它们能够吸收光子并产生电子-空穴对。常见的 半导体材料包括硅、锗、硫化铅等。
这些半导体材料具有直接带隙结构，使得它们能够有效地吸收特定波长的光子，产 生光生载流子。
半导体材料的性能决定了光电导探测器的响应速度、光谱响应范围和暗电流等关键 参数。
光敏元件
光敏元件是光电导探测器的核心部分 ，它负责吸收光子并转换为电信号。
光敏元件的形状和尺寸对探测器的性 能有重要影响，例如响应速度、光谱 响应范围和探测率等。
未来发展方向与挑战
交叉学科融合
光电导探测器的发展需要与物理、化学、生物等 多学科交叉融合，开拓新的应用领域。
环境适应性
提高光电导探测器的环境适应性，使其能够在恶 劣环境下稳定工作。
降低成本
通过优化工艺和材料，降低光电导探测器的制造 成本，促进其在民用领域的应用。
THANKS
谢谢
光谱响应
描述光电导探测器在不同波长光下的 响应特性，是决定探测器应用范围的 重要参数。
响应时间与恢复时间
响应时间
光电导探测器从接收到光信号到产生可观测电信号的时间间隔，反映了探测器的反应速 度。
恢复时间
探测器在持续光照下，从最大响应状态回到初始状态所需的时间，影响连续测量时的性 能。
温度稳定性与可靠性
03
CHAPTER
光电导探测器的性能参数
响应度与探测率
光电信号检测光电探测器概述概要课件
光电探测器广泛应用于光通信、光谱分析、环境监测、生物医学 等领域，是光电信号检测中的关键器件。
光电探测器的工作原理
光电探测器的工作原理基于光子与物质相互作用产生电子-空穴对或光生电场效 应，从而将光信号转换为电信号。
具体来说，当光子照射到光电探测器的敏感区域时，光子能量被吸收并产生电子 -空穴对，这些电子-空穴对在电场的作用下分离并形成光电流，从而完成光信号 到电信号的转换。
光电探测器的应用领域不断拓 展，如物联网、智能制造、无 人驾驶等新兴领域，为市场发 展带来更多机遇。
05
光电探测器的挑战与展望
光电探测器的挑战与展望
• 光电探测器是用于检测光信号并将其转换为电信号的器件，广泛应用于光通信、环境监测、安全监控等领域。随着光电子技术的发展，光电 探测器的性能不断提高，应用范围不断扩大。
THANK YOU
感谢聆听
04
光电探测器的市场前景
全球市场情况
光电探测器在全球范围内应用广泛，包括通信、工 业、医疗、安全等领域。
随着技术的不断进步和应用需求的增加，全球光电 探测器市场规模持续增长。
市场竞争激烈，各大厂商在技术研发、产品创新等 方面不断投入，以提高市场份额。
中国市场情况
02
01
03
中国光电探测器市场发展迅速，成为全球最大的光电 探测器市场之一。
光电探测器的分类
01
光电探测器可以根据工作原理、材料、波长响应范围、光谱响应特、光电发射型等；按材料可分为硅基、锗 基、硫化铅等；按波长响应范围可分为可见光、红外、紫外等；按光谱响应特 性可分为窄带、宽带等。
03
•·
02
光电探测器的应用
通信领域的应用
光纤通信
光电探测器在光纤通信中起到至关重要的作用。它们能够将光信 号转换为电信号，使得信息的传输和处理成为可能。
光电探测器的工作原理
光电探测器的工作原理基于光子与物质相互作用产生电子-空穴对或光生电场效 应，从而将光信号转换为电信号。
具体来说，当光子照射到光电探测器的敏感区域时，光子能量被吸收并产生电子 -空穴对，这些电子-空穴对在电场的作用下分离并形成光电流，从而完成光信号 到电信号的转换。
光电探测器的应用领域不断拓 展，如物联网、智能制造、无 人驾驶等新兴领域，为市场发 展带来更多机遇。
05
光电探测器的挑战与展望
光电探测器的挑战与展望
• 光电探测器是用于检测光信号并将其转换为电信号的器件，广泛应用于光通信、环境监测、安全监控等领域。随着光电子技术的发展，光电 探测器的性能不断提高，应用范围不断扩大。
THANK YOU
感谢聆听
04
光电探测器的市场前景
全球市场情况
光电探测器在全球范围内应用广泛，包括通信、工 业、医疗、安全等领域。
随着技术的不断进步和应用需求的增加，全球光电 探测器市场规模持续增长。
市场竞争激烈，各大厂商在技术研发、产品创新等 方面不断投入，以提高市场份额。
中国市场情况
02
01
03
中国光电探测器市场发展迅速，成为全球最大的光电 探测器市场之一。
光电探测器的分类
01
光电探测器可以根据工作原理、材料、波长响应范围、光谱响应特、光电发射型等；按材料可分为硅基、锗 基、硫化铅等；按波长响应范围可分为可见光、红外、紫外等；按光谱响应特 性可分为窄带、宽带等。
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•·
02
光电探测器的应用
通信领域的应用
光纤通信
光电探测器在光纤通信中起到至关重要的作用。它们能够将光信 号转换为电信号，使得信息的传输和处理成为可能。
第四章. 光电探测器概述
光子探测器的特点
波长选择性探测器 探测器的响应率和波长成正比
h 能量E0 o(长波限)
o, P一定时，越短，光子数越少
探测器分类（二）
光热探测器
光热效应：材料吸收光辐射能量后温度升高，可产 生材料的某些物理性质变化；
特点：光热效应和波长无关。
围；
红外光电导探测器：铅盐薄膜类，PbS、PbSe、PbTe 等，可以工作在三个大气窗口（1~3 μ m，3~5 μ m， 8~14 μ m）。
三、光伏特探测器
h 产生条件：本征光伏效应为主，半导体受 光照后产生
电动势；
种类：
结型光伏特探测器；
PIN结光电二极管； 雪崩光电二极管； 肖特基势垒光电二极管。
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。
e d e d N h hc
I S / q R hc ( ) N q IS R I ( )
三、其它参数
线性度
描述探测器的光电特性或光照特性曲线输出信号与输 入信号保持线性关系的程度。
方差 D[ N ]
D[ N ] ( N E[ N ])2 p( N )d N
D[ N ] E[ 2 N ] E 2 [ N ]
E[ 2 N ]：噪声的二阶中心矩
几个概念
广义平稳随机过程：光电系统处于稳定状态时，噪声的方差和 数学期望一般不再随时间变化。
电荷耦合器件（CCD）
探测器分类（一）
华中科技大学《光电探测》4光电导探测器
1-硫化镉单晶 2-硫化镉多晶 3-硒化镉多晶 4-硫化镉与硒 化镉混合多晶
在可见光区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线
在红外区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线
几种常用的光敏电阻
紫外 硫化镉(CdS)和硒化镉(CdSe)
光
敏 电
可见
硫化铊(TiS)、硫化镉(CdS)和 硒化镉(CdSe)
阻
红外 硫化铅(PbS)、碲化铅(PbTe)
光敏电阻常用光电导材料
4.3 光敏电阻的基本偏置电路和噪声
一、基本偏置电路
Rp RL
Vb
IV<Pmax
由电路图：
I Vb RL Rp
VL
RL RL Rp
Vb
当光通量变化时，光敏电阻变化Rp，
电流变化 I：
I I
Vb
RL Rp Rp
I
RL
Vb Rp Rp
Vb RL Rp
Rp (RL
亮态前历效应
指光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作 时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象， 其效应曲线如下图所示。
低照度变为高照度
硫化镉光敏电阻亮 态前历效应曲线
高照度变为低照度
六、光谱特性
相对灵敏度与波长的关系曲线表示。从这种曲线中 可以直接看出灵敏范围、峰值波长位置和各波长下 灵敏度的相对关系。
价格低廉，光谱响应范围宽。
4.1 光敏电阻的工作原理与结构
工作原理：在均匀的具有光电导效应的半导体 材料的两端加上电极便构成光敏电阻。
当光敏电阻的两端加上适当的偏置电压Ubb，即 有电流Ip流过，可以检测到该电流。
电流的大小会 随入射光强度 的变化而变化
光敏电阻的原理图
符号
在可见光区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线
在红外区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线
几种常用的光敏电阻
紫外 硫化镉(CdS)和硒化镉(CdSe)
光
敏 电
可见
硫化铊(TiS)、硫化镉(CdS)和 硒化镉(CdSe)
阻
红外 硫化铅(PbS)、碲化铅(PbTe)
光敏电阻常用光电导材料
4.3 光敏电阻的基本偏置电路和噪声
一、基本偏置电路
Rp RL
Vb
IV<Pmax
由电路图：
I Vb RL Rp
VL
RL RL Rp
Vb
当光通量变化时，光敏电阻变化Rp，
电流变化 I：
I I
Vb
RL Rp Rp
I
RL
Vb Rp Rp
Vb RL Rp
Rp (RL
亮态前历效应
指光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作 时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象， 其效应曲线如下图所示。
低照度变为高照度
硫化镉光敏电阻亮 态前历效应曲线
高照度变为低照度
六、光谱特性
相对灵敏度与波长的关系曲线表示。从这种曲线中 可以直接看出灵敏范围、峰值波长位置和各波长下 灵敏度的相对关系。
价格低廉，光谱响应范围宽。
4.1 光敏电阻的工作原理与结构
工作原理：在均匀的具有光电导效应的半导体 材料的两端加上电极便构成光敏电阻。
当光敏电阻的两端加上适当的偏置电压Ubb，即 有电流Ip流过，可以检测到该电流。
电流的大小会 随入射光强度 的变化而变化
光敏电阻的原理图
符号
什么是光的光电探测器和光电导
什么是光的光电探测器和光电导？光的光电探测器和光电导是光电传感器的重要类型，用于检测和测量光信号。
本文将详细介绍光的光电探测器和光电导的原理、结构和应用。
1. 光电探测器（Photodetector）的原理和结构：光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件。
它基于光子的能量被半导体材料吸收，激发带载流子，从而形成电流的原理。
最常见的光电探测器类型是光电二极管（Photodiode）和光电倍增管（Photomultiplier Tube），前文已经详细介绍过。
除了这两种常见类型，还有其他一些光电探测器，如光电晶体管、光电场效应晶体管和光电导等。
光电探测器的结构和工作原理与具体的类型有关。
总体而言，光电探测器通常包括光敏元件、电极、引线和封装等部分。
光敏元件是用于吸收光信号并产生电荷载流子的材料，电极用于收集和测量电流，引线用于连接光电探测器与外部电路，封装则是保护和固定光电探测器的外壳。
2. 光电探测器的应用：光电探测器在许多领域有着广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：-光通信：光电探测器用于接收光信号，将光信号转换为电信号，并通过电路进行处理和解码，实现光通信的接收端。
-光测量：光电探测器可以用于测量光的强度、波长、频率和相位等参数，用于光谱分析、光度计和光谱仪等。
-光电检测：光电探测器可以用于检测物体的存在、位置和运动等，用于光电开关、光电传感和光电探测等应用。
-光电能转换：光电探测器可以将光能转化为电能，用于太阳能电池板和光伏发电系统等。
3. 光电导（Photoconductor）的原理和结构：光电导是一种能够根据光信号的强度来改变电导率的材料。
光电导的原理是光照射到材料上时，光子的能量被吸收，激发带载流子，从而改变材料的导电性能。
光电导材料通常是半导体材料，如硒化铟（Indium Selenide）、硒化镉（Cadmium Selenide）和硒化铅（Lead Selenide）等。
光电探测器
生电动势的现象称为内光电效应，它多发生于半导体内。
内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应。
光生伏特效应
在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现
象叫光生伏特效应。光生伏特效应可分为：结光电效应和
横向光电效应。基于光生伏特效应的光电器件有：光电池，
p 光敏二极管，光敏晶体管等。 Ec EF Ev o p
常见的光电探测器
光电管
光敏电阻
光电二极 管 四像限光电
探测器
光电池
光电二极管
热释电探测器
光电效应定义及分类
光电探测器件工作的物理基础是光电效应。光电效应 是：物体吸收光能后转化为物体中某些电子的能量，从而 产生电的效应。
光电效应 外光电效应 光电导效应 内光电效应 光生伏特效应
二、外光电效应
在光线的作用下物体内的电子逸出物体表面向外发 射的现象为外光电效应。多发生于金属、金属氧化物等材
光敏电阻的结构： 在一块均匀光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、 云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上，两端接有电极引线， 封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。 光敏电阻常做成梳状电极，光 敏面做成蛇形这样既可以保证有较大 的受光面，也可以减小电极之间的距
离，从而既可以减小载流子的有效级
间的渡越时间，也有利于提高灵敏度。
●光控灯 (Optical control lamp)
●光控音乐I.C (Optical control musicI.C)
●电子玩具 (Electronic toy)
●电子验钞机 (Electronic proverbial vlitional)
谢谢!
--+
n
L
++ ++
光电探测器简介演示
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。
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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。
光电技术 第4-2节 光电导探测器
所谓短态前历效应是指被测光敏电阻在 无光照条件下放置一段短时间（如三分钟） 后，再在1lx光照下测量它在不同时刻的阻值 （如1秒后的阻值）R1 ，求出此阻值与稳态 时阻值R0的百分比R1/R0，这就是短态前历效 应或暗态前历效应。所谓中态前历效应是将 光敏电阻在无光照条件下存放24小时，在 100lx光照度下放置15分钟，再放在100lx下 测阻值 R2 ，则中态前历效应为（又称亮态前 历效应）。 R2 R1
R1 100%
附：光敏电阻暗态前历效应：
时间s 阻值k
时间s 阻值k
1 6.5 20 5.2
R1/R2
2 6 30 5.2
77 ﹪
5 5.5 60 5.1
10 5.2 90 5.0
15 5.2 120 5.1
Cd S 亮态前历效应：
元件编号 1 2 3 4 5 6 7 8 R1（ k） R2( k) 2.74 2.89 5.06 5.24 2.25 2.39 2.42 2.60 1.45 1.48 2.23 2.31 3.58 3.69 5.40 5.62
在弱光下， 1 称直线性光电导。在强光照时 =0.5，在其它光照时，0.5≤ ≤1。 一般，光电流和照度关系曲线如右。在 实际应用范围（0.1～104lux），有可能制造 出 接近于1的光敏电阻，这时应有
I p S gVE g p E
式中 g p S gV 称为光电导 在器件中流过的电流是光电流 I p与暗电流 I d 之 和。
由光电导效应可知，光敏电阻在受到光照或停 止光照时，光生载流子的产生或消失都要经过一段 时间，这就是光敏电阻的响应时间或驰豫时间。它 t 反映了光敏电阻的惰性。 p (t ) p0 exp( ) 此处 是光敏电阻的下降时间。在突然加光照时，
第4章 光电导探测器
α
γ
强光－－γ为0.5 弱光－－γ为1 γ＝ 0.5~1－－照度指数
弱光－－线性（测量） 强光－－非线性（控制）
北京理工大学光电学院
α为电压指数，～1 Sg比例系数，与材料有关
《光电技术与实验》
28
照度指数γ值 （ α ≈1）
I p = S gU α E γ
logR A − logRB γ＝ logEB − logE A
4. 频率特性
弛豫特性
ip
Rp0
C0
RL
Ri
Ci
ip
Rp0
RL
Ri
Ci
光电导探测器
输出电路
光电导探测器
输出电路
引入等效电容 总响应时间
未引入等效电容 两个时间
探测器弛豫特性反映在电路 = τ e (Rp0 // Ri //RL ) ⋅ Ci τ= τe = (Rp0 //Ri //RL ) ⋅ (C0 + Ci ) < Rp0Ci << τ c
Δn (∞)=gτ c
北京理工大学光电学院 《光电技术与实验》 11
光照时： 增长率 产生率 复合率 热致产生率
d∆ n ( t ) = g − r [ n0 + ∆n (t ) ] ⋅ [ p0 + ∆p (t ) ] + rn0 p0 dt
光照停止时：
d∆n (t ) = 0 − r [ n0 + ∆n (t ) ] ⋅ [ p0 + ∆p (t ) ] + rn0 p0 dt
北京理工大学光电学院 《光电技术与实验》 1
第4章 光电子发射探测器
4.1 光电导探测器的工作原理 光电导效应、响应过程、结构原理 4.2 光电导探测器的性能参数 4.3 偏置电路及应用
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。
生物光子学第4章概要
氘灯：充有高纯氘气，能辐射出160~400nm连续光 谱的热阴极弧光放电灯。
准单色和 单色光源
发光二极管(LED) 气体激光器
激光器(LASER) 液体激光器
原子激光器（He-Ne）
分子激光器（CO2） 离子激光器（Ar+）
准分子激光器
固体激光器（红宝石激光器、钛宝 石激光器、Nd：YAG Laser）
半导体激光器（LD）
5
4.1 光源
4.1.2 生物医学检测、临床诊断和治疗中的激光器 1、分光光度计中的光源
分光光度测量 获得的是物质 在不同波长下 的吸光度，要 求光源能提供 波长稳定而强 度足够的光。
6
4.1 光源
2、临床诊断中的光源
利用光信息检测有望实现疾病的早期发现。
考虑到组织体对光的吸收，光学诊断中应用的光波长大多位于诊断 和治疗的光学窗口，即600~900nm波段，也有一部分位于近红外光 的更远部分（如血糖检测中考虑糖的吸收，要求波长>1000nm）。
• 噪声特性：主要来源于暗电流、背景光电流以及负载电阻的热 噪声；如果信号变化缓慢，还要考虑1/f噪声。
24
4.2 光电探测器
（2）光电导探测器（光敏电阻）
• 光电导探测器的工作原理是基于光电导效应。 • 光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡
到自由状态，而引起材料电阻率变化，这种效应称为光电导效应。
29
4.2 光电探测器
红外区灵敏的光 敏电阻的光谱特 性曲线
PbS探测器波长响应范围在1~3.4微米，峰值响应波长为2微米，内阻
大约为1兆欧，响应时间约200微秒，室温工作，广泛应用手遥感技术
和武器红外制导技术。
lnSb探测器光谱响应范围3~5微米，内阻低(大约50Ω)，响应时间短
准单色和 单色光源
发光二极管(LED) 气体激光器
激光器(LASER) 液体激光器
原子激光器（He-Ne）
分子激光器（CO2） 离子激光器（Ar+）
准分子激光器
固体激光器（红宝石激光器、钛宝 石激光器、Nd：YAG Laser）
半导体激光器（LD）
5
4.1 光源
4.1.2 生物医学检测、临床诊断和治疗中的激光器 1、分光光度计中的光源
分光光度测量 获得的是物质 在不同波长下 的吸光度，要 求光源能提供 波长稳定而强 度足够的光。
6
4.1 光源
2、临床诊断中的光源
利用光信息检测有望实现疾病的早期发现。
考虑到组织体对光的吸收，光学诊断中应用的光波长大多位于诊断 和治疗的光学窗口，即600~900nm波段，也有一部分位于近红外光 的更远部分（如血糖检测中考虑糖的吸收，要求波长>1000nm）。
• 噪声特性：主要来源于暗电流、背景光电流以及负载电阻的热 噪声；如果信号变化缓慢，还要考虑1/f噪声。
24
4.2 光电探测器
（2）光电导探测器（光敏电阻）
• 光电导探测器的工作原理是基于光电导效应。 • 光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡
到自由状态，而引起材料电阻率变化，这种效应称为光电导效应。
29
4.2 光电探测器
红外区灵敏的光 敏电阻的光谱特 性曲线
PbS探测器波长响应范围在1~3.4微米，峰值响应波长为2微米，内阻
大约为1兆欧，响应时间约200微秒，室温工作，广泛应用手遥感技术
和武器红外制导技术。
lnSb探测器光谱响应范围3~5微米，内阻低(大约50Ω)，响应时间短
第4章光电导探测器
三、响应率
q 电流响应率： RI G h
q 电压响应率：RV GR d h
光电导探测器的内增益与VA 、τn、 τp 有关，所 以光电导探测器的响应率与所加偏压VA及载流子 寿命τn、 τp有关。 偏压越高，在光电导变化相同的情况下，输出的 电流(或电压)越大，响应率就越高，但随着外加 偏压的升高，通过器件的电流产生的焦耳热也随 之增加，所以外加偏压的增加受到器件所能承受 的最大功耗的限制。
载流子的漂移运动效果用半 导体的电导率来描述：
载流子浓度
x
enn ep p (1/ cm)
VA
RL
如果半导体的截面积是A，则其电导(亦 称为热平衡暗电导)G为
G A / l (1/) 所以半导体的电阻Rd(亦称暗电阻)为
Rd 1/ G l /(A) ()
二、光电导探测器的光电转换原理
光电信号检测
第四章 光电导探测器
概述
利用光电导效应制作的光探测器称为光电导探测器，简称 PC(Photoconductive)探测器，通常又称为光敏电阻。
光电导效应：光子作用于光电导材料，形成本征吸收或杂质 吸收，产生附加的光生载流子，从而使半导体的电导率发生 变化，这就是光电导效应。 光电导效应是半导体材料的一种体效应，不需形成pn结，故 又常称为无结光电探测器。 与一般电阻器不同，它是有源器件，工作时要加以适当的偏 流或偏压。 光电导探测器可根据不同类型的光电导效应和材料差异分为 本征型、杂质型、薄膜型和扫积型光电导探测器。
显然，这种效应相当于一个光子激发，可以有多个 电子相继通过电极，因而在外回路对总的光电流的 贡献将多于一个电子，相当于光电流被放大。
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
4现代光电探测器概述及光电导探测器
电探测器输出的平均光电流表达式：
IP
eN t
e h
P(t)
e h
P
式中P为入射光辐射的平均功率。此式描述
了光－电转换的基本定律。
从光电转换定律可知：
①光电探测器输出的光电流与入射平均光功率 成正比，因此，一个光子探测器可视为一个 电流源。
②由于平均光功率与光电场强度的平方成正比， 所以光电探测器输出的光电流也与光电场强 度的平方成正比。也就是说，光电探测器的 响应具有平方律特性。因此，通常称光电探 测器为平方律探测器，或者说，光电探测器 本质上是一个非线性器件。
到的将是光照灵敏度单位为v／lm，或光照灵敏度
光谱灵敏度
如果把光功率P换成波长可变的光功率谱密度P ，则
由于光电探测器的光谱选择性，在其他条件不变的情况
下，光电流（或光电压）将是光波长的函数，记为I （或U），于是光谱灵敏度定义为： • SI (λ)＝I /dP • SU(λ)＝U /dP
• 如果SI (λ)或SU(λ)是常数，则相应的探测器称为无选择
4.对某种探测器，它能探测的极限功率是多少——需 要知道探测器的等效噪声功率；需要知道所产生 电信号的信噪比。
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。
1．量子效率η 光电探测器吸收光子产生光电子，光电子形成电
的变化。
3．光谱响应和光谱响应率
光谱响应是光电探测器响应度随入射光的波长 改 变 而 改 变 的 特 性 ， 即 上 述 三 个 参 量 η 、 Ru （或Sv）和Sd（或Si）都是入射光波长的函数。 几个慨念： • 光谱响应曲线 • 归一化光谱响应曲线 • 峰值响应波长 • 光谱响应的截止波长 光谱响应率。即 Sv(λ)=Vs(λ)/φe(λ)或 Si(λ)=Is(λ)/φe(λ)
IP
eN t
e h
P(t)
e h
P
式中P为入射光辐射的平均功率。此式描述
了光－电转换的基本定律。
从光电转换定律可知：
①光电探测器输出的光电流与入射平均光功率 成正比，因此，一个光子探测器可视为一个 电流源。
②由于平均光功率与光电场强度的平方成正比， 所以光电探测器输出的光电流也与光电场强 度的平方成正比。也就是说，光电探测器的 响应具有平方律特性。因此，通常称光电探 测器为平方律探测器，或者说，光电探测器 本质上是一个非线性器件。
到的将是光照灵敏度单位为v／lm，或光照灵敏度
光谱灵敏度
如果把光功率P换成波长可变的光功率谱密度P ，则
由于光电探测器的光谱选择性，在其他条件不变的情况
下，光电流（或光电压）将是光波长的函数，记为I （或U），于是光谱灵敏度定义为： • SI (λ)＝I /dP • SU(λ)＝U /dP
• 如果SI (λ)或SU(λ)是常数，则相应的探测器称为无选择
4.对某种探测器，它能探测的极限功率是多少——需 要知道探测器的等效噪声功率；需要知道所产生 电信号的信噪比。
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。
1．量子效率η 光电探测器吸收光子产生光电子，光电子形成电
的变化。
3．光谱响应和光谱响应率
光谱响应是光电探测器响应度随入射光的波长 改 变 而 改 变 的 特 性 ， 即 上 述 三 个 参 量 η 、 Ru （或Sv）和Sd（或Si）都是入射光波长的函数。 几个慨念： • 光谱响应曲线 • 归一化光谱响应曲线 • 峰值响应波长 • 光谱响应的截止波长 光谱响应率。即 Sv(λ)=Vs(λ)/φe(λ)或 Si(λ)=Is(λ)/φe(λ)
第4章光电导探测器
P(x) P(1 R)e x
➢ x处的光生面电流密度为：
x处的光生载流 子密度
载流子在外电场作 用下的漂移速度
J (x) en(x)v
➢ 漂移速度v又可以表示为：
d
μn:电子的迁移率
L
v n E nVA / L
于是平均光电流为：
x
电极面积元 dA=wdx
d
IP
J (x)dA wev n(x)dx
减小电极间的间距L，适当提高工作电压，对提 高G值有利。
但如果L减得太小，使受光面太小，致使光电导 探测器集光面积太小而不实用。
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。
一般G值不超过103数量级。
三、响应率
电流响应率：RI
由于光电导探测器受光照射时的亮电阻比无光照射时 的暗电阻(一般约为10MΩ以上)小得多，故图中Rd实际上就 代表亮电阻。通常亮电阻与暗电阻之比约在10-2—10-6数量 级。亮电阻与暗电阻相差越大，探测器的灵敏度就越高。
RL
Ip
Rd
VA
(b)直流等效电路
(b)为光电导探测器的直流等效电路，RL表示光电导 探测器输出回路的等效负载电阻，它可以是探测 器后续信号处理电阻或前置放大器的等效输入电 阻。
不同类型的光电导探测器有不同的光谱响应波段，图示出 了本征型、杂质型光电导探测器的光谱特性。
杂质型的响应率低于本征型，因为杂质含量低，光电导能 力差。
由于杂质的电离能小于本征的禁带宽度，所以杂质的长波 限>本征型的长波限。
应相 对 响
本征型
杂质型
四、光电导的弛豫
光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的弛豫现象。
➢ x处的光生面电流密度为：
x处的光生载流 子密度
载流子在外电场作 用下的漂移速度
J (x) en(x)v
➢ 漂移速度v又可以表示为：
d
μn:电子的迁移率
L
v n E nVA / L
于是平均光电流为：
x
电极面积元 dA=wdx
d
IP
J (x)dA wev n(x)dx
减小电极间的间距L，适当提高工作电压，对提 高G值有利。
但如果L减得太小，使受光面太小，致使光电导 探测器集光面积太小而不实用。
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。
一般G值不超过103数量级。
三、响应率
电流响应率：RI
由于光电导探测器受光照射时的亮电阻比无光照射时 的暗电阻(一般约为10MΩ以上)小得多，故图中Rd实际上就 代表亮电阻。通常亮电阻与暗电阻之比约在10-2—10-6数量 级。亮电阻与暗电阻相差越大，探测器的灵敏度就越高。
RL
Ip
Rd
VA
(b)直流等效电路
(b)为光电导探测器的直流等效电路，RL表示光电导 探测器输出回路的等效负载电阻，它可以是探测 器后续信号处理电阻或前置放大器的等效输入电 阻。
不同类型的光电导探测器有不同的光谱响应波段，图示出 了本征型、杂质型光电导探测器的光谱特性。
杂质型的响应率低于本征型，因为杂质含量低，光电导能 力差。
由于杂质的电离能小于本征的禁带宽度，所以杂质的长波 限>本征型的长波限。
应相 对 响
本征型
杂质型
四、光电导的弛豫
光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的弛豫现象。
第四章 光电探测器
n
N N
n 1 n
σ 值主要取决于倍增极材料 和极间电压
如果倍增极的总数为n，且各级性能相同，考虑到电子的传输损失， 则光电倍增管的电流增益M为 f为第一倍增极对阴极发射电子的收集 n 率；g为各倍增极之间的电子传递效率， i A M f g 良好的电子光学设计可始f、g值在0.9以 iK 上。n和σ 值愈大，M值就愈高，但过多 的倍增极不仅使倍增管加长，而且使电 子渡越效应变得严重，从而严重影响倍 增管的频率特性和噪声特性。
i
D
is
e
eu / KT
1
i i D i i s
e
eu KT
1 i
式中iφ为光电流。光伏探测器的伏安特性如图4－43所示。由图可见第一象 限是正偏压状态，iD本来很大，所以光电流iφ不起重要作用，因此在这一区 域工作没有意义。第三象限是反偏压状态，这时iD＝-iS，它对应于光功率 P=0时二极管的反向饱和电流，称为暗电流，其数值很小，光电流iφ＝i-is。 由于这种情况的外回路特性与光电导探测器十分相似，所以反偏压下的工 作方式称为光导模式。 第四象限中，外偏压为零，当负载电阻比较小时，RL3的负载线接近于理想 的垂直负载线，这是，输出光电流正比于入射功率，这种状态工作模式叫 光伏模式。
E
g
E
g
c
hc
1.24
( m)
使材料具有光电发射的截止波长λc
1.光电倍增管的工作原理 下图是光电倍增管的工作原理图。图中K为光电发射阴极，D为聚焦 板，D1～D10为倍增极（或打拿极），A为收集电子的阳极。倍增极 间的电压逐级增加，极间电压约为80～150V。
第四章光电导探测器
§4-3
实用光电导探测器
1、Hg1-xCdxTe光电导探测器件
Hg1-xCdxTe系列光电导探测器件是目前所有红外探测器中性能最
优良最有前途的探测器件，尤其是对于4~8μm大气窗口波段辐射的
探测更为重要。
Hg1-xCdxTe系列光电导体是由HgTe和CdTe两种材料的晶体混合
制造的，其中x标明CdTe元素含量的组分。在制造混合晶体时选用
漂移面电流密度
J x enx v
漂移速度
Ip
v=μnE=μnVA/L
d d
光电导探测器输出的总光电流
Ad
J x dA J x wdx ewv nx dx
0 0
光电导探测器在高为dx的长方体微元每秒钟单位体积产生的光 生自由电子数
P x wL h
fc G C
七、前历效应
前历效应分为短态前历效应和中态前历效应
• 短态前历效应数值越大,灵敏度越高;通常在黑暗中放置的时 间越短,短态前历效应越显著。 • 中态前历效应数值越小越好。
光敏电阻的使用要点
① 用于模拟量时，只有在弱光照射下光电流与入 射辐射通量成线性关系 ② 用于光度量测试仪器时，必须对光谱特性曲线进 行修正，保证其与人眼的光谱光视效率曲线相符合 ③ 冷却灵敏面-—提高长波区灵敏度（光谱特性与温 度有关，温度低时，灵敏范围和峰值波长都向长波方 向移动） ④ 不适于在高温下使用（温度特性复杂） ⑤ 要求带宽---牺牲灵敏度（频带宽度比较窄） ⑥ 动态设计 --- 前历效应
2.光电导探测器的工作模式及等效电路
• 光敏电阻两端加电压（直流或交流）。无光照 时，阻值（暗电阻）很大，电流（暗电流）很 小；光照时，光生载流子迅速增加，阻值（亮 电阻）急剧减少。在外场作用下，光生载流子 沿一定方向运动，形成光电流（亮电流）。 光电流：亮电流和暗电流之差； I光 = IL-Id 光电导：亮电导和暗电导之差；
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参数，是单位入射功率相应的信噪比，并称之 为探测度： D 1 NEP
电
技 术
• 用NEP的倒数作为衡量探测器最小可探测能力的
学 院
一、光电探测器的特性参数
探测器对变化信号响应快慢的能力。
成
都
信
对周期变化的光强，光电器件的弛豫时间如果 比周期长得多，那么就不能反映光强的变化。
息
工
号不会立即到达最大值或下降为零，而是出现 变化缓慢的上升沿和下降沿。上升或下降的时 间就是弛豫时间，或称为响应时间或时间常数 （惰性）。这种弛豫现象表现了光电探测器对 光强变化反应的快慢。
程
学
院 光
11
电
当光辐射突然照射或消失时，探测器的输出信
技 术
5.响应时间
学 院
一、光电探测器的特性参数
这些上升或下降的时间就表示了器件惰性的大
小。
成
都
信
息
工
程
学
院 光
12
衰减弛豫（下降时间）定义为响应值下降至稳 定值的1 e 时所需的时间，此值约为37%。
电
起始弛豫（上升时间）定义为响应值上升至稳 定值时所需的时间1 1 e，此值约为63%；
学
院 光
9
电
技 术
4. 等效噪声功率和探测率
学 院
一、光电探测器的特性参数
成
都
信
式中A为器件接收面积，Δf为工作带宽。 D越高，探测器的灵敏度越高，性能越好。
息
工
程
为对不同面积和不同工作带宽的器件进行比较 ，因此引入归一化探测率 D* （比探测率），其 值为 D D A f
学
院 光
10
工
程
学
院 光
电
技 术
学 院
一、光电探测器的特性参数
成
都
信
息
线性度——探测器的输出光电流 与输入光的辐射通量成比例的程 度和范围。线性区的下限由暗电 流和噪声等因素决定，而上限通 常由饱和效应可过载决定。
工
程
学
院 光
7
光照特性——光电流与入射在光电器件上的光照度 之间的关系。
电
技 术
2.光电特性和光照特性 光电特性——当光电器件上的电压一定时，光电流与 入射在光电器件上的光通量之间的关系。
院 光
电
技 术
3.光谱特性 光电流或输出电压与入射光波长之间的关系。
学 院
一、光电探测器的特性参数
成
都
• 是可测的信号功率最小值； • 是单位信噪比的入射光功率； • NEP越小，探测器越灵敏。
信
息工程源自探测器无信号输入时，也会有噪声输出。 若假设此有效噪声值是相当功率的输入信号 造成的，则此功率值可作为探测器的噪声水 平的衡量。 IN IN IN IN NEP NEP SI I p P SV Vp P
学
院 光
21
可见光波段最灵敏的光电导器件 峰值波长0.52µm，掺铜和氯后向远红外区域延伸 时间常数与入射照度有关（100lx为几十ms) 用于自动控制灯光、自动调光调焦、自动照相机
电
技 术
常见光敏电阻 1. 硫化镉（CdS）光敏电阻
学 院
二、光电导器件
成
锑化铟（InSb）光敏电阻 液氮温度（77K）时峰值波长（5µm)，刚好在中红外 波段大气窗口3～5µm范围内 响应时间为1µs 室温下长波极限可达7.5µm 4. 碲镉汞（HgCdTe）光敏电阻 是目前所有探测器中性能最优良、最有前途的探测器 对热红外波段8-14 m大气窗口波段的探测更为重要 ，峰值波长为10.6 m，可与CO2激光器的激光波长相 匹配 是由HgTe和CdTe两种材料的晶体混合制造的，由于配 制Cd组分（x量，一般为1.8-0.4）的不同，可得到不 同的禁带宽度，从而制造出波长响应范围不同的Hg1xCdxTe探测器，1-3 m 、3-5 m 、 8-14 m 是近、中和热红外探测器中性能最优良的探测器
2 4 KT f 2 In Gt [1 (2f t ) 2 ]
院 光
18
电
成
温度噪声也具有白噪声的性质。
技 术
Gt
学 院
一、光电探测器的特性参数
学
原理：光敏电阻阻值对光照特别敏感，是一种典 型的利用光电导效应制成的光电探测器件。当光 照射到半导体材料时，材料吸收光子的能量，使 非传导态电子变为传导态电子，引起载流子浓度 增大，因而导致材料电导率增大。
成
LOGO
都
信
息
工
程
学
院 光
电
光电检测技术
技 术
学 院
光电导探测器
成
都
信
息
工
光敏电阻应用实例
程
光敏电阻偏臵电路
学
院 光
2
电
光电探测器的特性参数
技 术
学 院
第4章 光电探测器概述及光电导探测器
光探测器的物理基础
（a）光电效应
效应
光阴极发射光电子 外光电效应 光电子倍增 打拿极倍增
技 术
实际器件的响应都具有滞后现象（惰性）。
学 院
一、光电探测器的特性参数
噪声N：除探测信号之
技 术
6.探测器的探测能力
u n (t )
学 院
t
一、光电探测器的特性参数
成
都
显然，无法用预先确知的时间 函数来描述它。 为了提高信噪比，可 长时间看，噪声电压从零向上 增大信号值或减小噪 涨和向下落的机会是相等的， 声大小。 其时间平均值一定零。所以用 时间平均值无法描述噪声大小。 然而，噪声本身是统计独立的， 所以能用统计的方法来描述。
t0
成
都
信
息
院 光
4
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。 考虑能量为的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
信
息
工
程
学
院 光
13
外的测量值。 信噪比：SNR
S N
电
0
光电探测器的噪声
信号的随机起伏
学
院 光
白噪声和1/f噪声
成
都
信
通常把噪声这个随机的时间函数进行傅氏频谱分析，得到噪 声功率随频率变化关系，这就是噪声的功率谱s(f)。 根据噪声的功率谱与频率的关系，常见有两种典型情况：一种 是功率谱大小与频率无关的噪声，通常称为白噪声；一种噪声 是功率谱与1/f成正比，称为1/f 噪声。
信
息
工
程
学
院 光
5
e K e e IP P(t ) P h t h
电
技 术
式中，P(t)是光辐射的瞬时功率。一般来说，它是一个随机量， 如果P(t)在观察时间t内没有明显的改变，则W(t)P(t) t。由此 可得光电探测器输出的平均光电流表达式：
学 院
一、光电探测器的特性参数
学
院 光
16
电
技 术
学 院
一、光电探测器的特性参数
成
(2)散粒噪声 一种由电子或光生载流子的粒子性所引起的噪声。对于内 光电效应探测器:(1)光生载流子(电子，空穴对)的产生和复合 过程的随机性，每一瞬时通过PN结的载流子数总有微小的不规 则起伏，使探测器的输出电流也随之起伏，引起散粒噪声。(2) 此外，光辐射中光子到达率的起伏在某些探测器光电转换后也 表现为散粒噪声。散粒噪声由下式决定： In2＝2eIΔf 式中：I为器件输出平均电流。 可以看出，散粒噪声是与频率无关，与带宽有关的白噪声。 (3)产生—复合噪声 在平衡状态时，载流子产生和复 i 2 4eI ( / c )f 合的平均数是一定的，但其瞬间载流子 n 1 4 2 f 2 2 的产生数和复合数是有起伏的，于是载 如果频率低，满足wτ<<1时， 流子浓度的起伏引起光电器件电导率起 伏。在外加电压下，电导率的起伏使输 2 出电流中带有产生－复合噪声。 n c
P(t )dt
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一、光电探测器的特性参数
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式中P为入射光辐射的平均功率。此式描述了光－电转换的基本 定律。 从光电转换定律可知： ①光电探测器输出的光电流与入射平均光功率成正比，因此， 一个光子探测器可视为一个电流源。 ②由于平均光功率与光电场强度的平方成正比，所以光电探测 器输出的光电流也与光电场强度的平方成正比。也就是说，光 电探测器的响应具有平方律特性。因此，通常称光电探测器为 平方律探测器，或者说，光电探测器本质上是一个非线性器件。
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光电测量系统噪声分类
学
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一般光电检测系统的噪声可分为三类： （1）光子噪声 包括：A.信号辐射产生的噪声；B.背景辐射产生的噪声。 （2）探测器噪声 包括：热噪声；散粒噪声；产生—复合噪声； 1/f 噪声；温度噪声。 （3）信号放大及处理电路噪声
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无光照时,光敏电阻的阻 值很大，电路中的电流 很小；
有光照时，光生载流子 迅速增加，阻值急剧减 小，在电路中形成电流。
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光敏电阻
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二、光电导器件