光电检测器件工作原理及特性
光电检测器工作原理
光电检测器工作原理
光电检测器是一种将光信号转换为电信号的装置。其工作原理可以分为以下几个步骤:
1. 光信号入射:光线经过透镜等光学元件聚焦成束,射向光电检测器的光敏元件。
2. 光敏元件吸收光能:光敏元件通常使用半导体材料,如硅、锗及化合物半导体等。光敏元件能够吸收入射光的能量,使其内部的电子被激发。
3. 电子运动:激发后的电子受到电场的作用,开始在光敏元件中运动。一部分电子通过电流传输到输出电路中。
4. 电荷生成:当光敏元件中的电子受到光照时,会产生一些正电荷不断积累,形成电荷对。一部分电子-空穴对会在光敏元
件中一直保持平衡,这样就形成了一个光生载流子。
5. 转化为电信号:通过连接在光敏元件上的电路,将电荷对转化为电信号。这个电信号能够被检测器所连接的仪器或设备所读取和处理。
总结来说,光电检测器的工作原理就是利用光敏元件吸收光能,并将其转化为电信号。这种转化过程是通过光生载流子的产生和电子运动来实现的。光电检测器的性能主要由光敏元件的材料和结构决定。不同的光电检测器根据其材料和结构的不同,可以实现不同波段的光信号检测。
当光线入射到光敏元件上时,光子的能量被转化为电子的激发能量。这种转化过程产生了一个光生电子空穴对。接下来,这些电子和空穴会被电场分开,形成电流。
光电检测器通常有不同的工作模式,包括光电导模式、光电二极管模式、光电倍增管模式和光电子倍增管模式等。以下是一些光电检测器的工作原理:
1. 光电二极管(Photodiode):光电二极管是一种PN结构的
半导体器件。当光照射到PN结上时,光子的能量被转化为电
光电检测两种基本工作原理
光电检测两种基本工作原理
光电检测是一种广泛应用于自动控制、仪器仪表、光学信号测量
等领域的技术。它通过光电传感器来实现光信号的检测和转化,从而
实现对物体特征及其动态变化的测量。光电检测技术在生产过程中被
广泛使用,可以提高生产线的自动化程度,提高生产效率和质量。下
面将详细介绍光电检测的两种基本工作原理。
一种基本工作原理是光电敏感效应原理。在光电传感器中,我们
常常使用光敏器件来感受和转换光信号。光敏器件是一种能够将光信
号转化为电信号的电子器件。它包括光敏电阻、光敏二极管、光敏三
极管等。当光信号照射到光敏器件上时,器件内部的光敏材料会发生
光电效应,产生电流或电压信号。通过测量这个信号的强度和变化,
我们就可以获得光信号的相关信息。
另一种基本工作原理是光电反射原理。在一些特殊的应用中,我
们需要根据物体的反射光来进行光电检测。这时,我们使用光电传感
器中的光源和光敏器件来实现对物体反射光的检测。光源会发射一束光,当物体处于光源的照射范围内时,它会反射部分光到光敏器件上。光敏器件会感应到这个反射光,并将其转化为电信号。通过对这个电
信号的测量和分析,我们可以得到物体的特征和状态信息。
光电检测技术具有许多优点。首先,它对被测物体没有接触,无
需直接接触物体表面,避免了在测量过程中对物体造成损害的可能性。其次,光电检测具有高精度和快速的特点,可以实时准确地获取物体
的信息。此外,光电传感器的体积小、重量轻,便于安装和使用,并
且具有较长的使用寿命。
在实际应用中,我们可以根据需要选择合适的光电传感器和适当
的光源来实现光电检测。在选择光源时,应考虑被测物体的特性和环
光电探测器的作用和原理
光电探测器的作用和原理
光电探测器是一种将光信号转化为电信号的器件。它可以用于各种光学领域,如通信、医疗、环境监测等,具有广泛的应用价值。光电探测器的工作原理主要有光电效应、光电导效应和光伏效应等。
光电探测器的作用是将光信号转化为电信号,进而进行信号处理和数据分析。它可以起到光信号的接收、放大和转换作用,将光信号转化为电信号后,就可以进行电子器件的控制、信号处理、光电数据采集等操作。
光电探测器的工作原理主要有以下几种:
1. 光电效应:光电效应是指当光照射到物质表面时,光子的能量将会激发出电子,使其跃迁到导带或空位带,从而形成电流。根据光电效应的不同,光电探测器可以分为光电二极管、光电倍增管、光阴极管等。
2. 光电导效应:光电导效应是指当光照射到某些特殊的半导体材料时,会通过光生电子空穴对的形成而形成电导,从而产生电流。光电导效应在光探测器中应用较广泛,如光电二极管、光电晶体管等。
3. 光伏效应:光伏效应是指当光照射到半导体材料的PN结上时,光子的能量将激发电子与空穴的对生成,从而产生光生电流。光伏效应广泛应用于太阳能电池等光电探测器中。
除了以上三种主要的工作原理外,还有其他一些光电探测器的工作原理,如荧光检测、非线性光学效应等。不同的光电探测器采用不同的工作原理,可以适应不同频率范围、不同光功率等应用需求。
光电探测器的应用十分广泛。在通信领域,光电探测器常用于接收光信号,起到光-电转换的作用。在光纤通信中,光电探测器是光纤收发器的关键组成部分。此外,光电探测器还可以应用于激光雷达、遥感、光谱分析、医疗影像等领域。在环境监测方面,光电探测器可以用于光谱分析仪器,检测大气中的气体成分。
光电传感器工作原理
光电传感器工作原理
光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的装置,广泛应用于光电检测、自动控制、通信以及仪器仪表等领域。它通过感知光的强度、频率、波长等特性,将光信号转化为电信号,从而实现对光的测量和控制。
光电传感器的工作原理主要包括光电效应、光电二极管和光电三极管的工作原理。
1. 光电效应:光电效应是指当光照射到物质表面时,光子与物质原子发生相互作用,使得物质表面的电子被激发并脱离原子。根据光电效应的不同特性,可以分为外光电效应和内光电效应。外光电效应是指光照射到金属表面时,金属中的自由电子被激发并脱离金属表面,形成电流。内光电效应是指光照射到半导体表面时,光子激发了半导体中的电子,使其跃迁到导带中,形成电流。
2. 光电二极管:光电二极管是一种基于光电效应的光电传感器。它由一个PN 结构的半导体材料组成,当光照射到PN结上时,光子激发了PN结中的电子,使其跃迁到导带中,形成电流。光电二极管的导通电流与光照强度成正比,因此可以通过测量电流的大小来确定光的强度。
3. 光电三极管:光电三极管是一种基于光电效应的光电传感器,它由PNP或者NPN结构的半导体材料组成。与光电二极管不同的是,光电三极管具有放大作用。当光照射到光电三极管的基区时,光子激发了基区中的电子,使其跃迁到集电区,从而控制集电区的电流。通过调节光照强度,可以实现对光电三极管的放大倍数的调节。
除了以上所述的光电传感器工作原理,还有其他一些特殊类型的光电传感器,如光电耦合器、光电隔离器等。它们通过光电效应和光电二极管或者光电三极管的工作原理,实现了光信号的隔离和传输。
光电检测器的工作原理
光电检测器的工作原理
光电检测器是一种利用光电效应原理来检测光信号的装置。它由光电发射器和光电接收器两部分组成。
光电发射器是一个发射光源,常见的有发光二极管(LED)或激光器。当电流通过发光二极管时,其内部的半导体材料会发出特定波长的光。
光电接收器是一个接收光信号并产生电信号的元件,常见的有光敏二极管(LDR)或光电二极管(photodiode)。光敏二极管或光电二极管的外围电路会对接收到的光信号进行放大和处理。
光电检测器的工作原理是当光电发射器发出的光照射到光电接收器上时,光能被光电接收器吸收并转化为电能。这个转化过程是通过光电效应实现的。
光电效应的基本原理是当光束照射到半导体材料上时,光子会激发半导体材料中的电子跃迁到导带上,形成电子空穴对。而这些电子空穴对可以导致半导体中的电流流动。
当光电接收器中的光电二极管或光敏二极管吸收到光子后,其内部会产生电流。这个电流大小与光强度成正比。通过对光电接收器产生的电流进行测量,我们可以间接地获得光的强度或光的存在与否。
光电检测器广泛应用于多个领域,如光通信、光电传感、光电测量等。在各个领域中,光电检测器都起到了至关重要的作用。
光检测器工作原理
光检测器工作原理
光检测器是一种用于测量和检测光线的设备。它能够将光信号转换为电信号,从而实现对光的定量或定性分析。
光检测器的工作原理主要分为以下几个步骤:
1. 光电效应:光线进入光检测器后,会与光敏材料相互作用。在一些光检测器中,光线会击中光电导体表面的光电阴极,激发光电效应。这个效应使电子被释放,并形成电子云。
2. 光电子扩散:在光电效应发生后,电场会将释放的电子加速到阳极。电子通过光电导体内部的扩散过程将能量传递给阳极。
3. 电荷收集:一旦电子达到阳极,阳极上的电路就会收集电子,并将其转化为电信号。这个过程中产生的电流或电荷量与光的强度成正比。
4. 信号放大和处理:电信号会经过放大器进行放大,以增加其幅度和灵敏度。接下来,信号可能需要经过滤波、放大、模数转换等处理步骤,以便于后续分析或控制。
总之,光检测器通过光电效应将光转换为电信号,并经过一系列的电荷收集、信号放大和处理步骤,最终实现对光的测量和检测。不同类型的光检测器在具体原理和实现方式上可能有所不同,但总体上都遵循类似的工作原理。
简述基恩士光电传感器的工作原理,光电传感器的特点及结构
简述基恩士光电传感器的工作原理,光电
传感器的特点及结构
简述基恩士光电传感器的工作原理,光电传感器的特点及
结构
基恩士光电传感器是一种利用光学原理来实现物体检测和
测距的传感器,其基本原理即利用光的传播和反射来确定物体的位
置和状态,适用于很多应用场合,如自动掌控、机器人、制造业、
安全检测等。本文将给大家介绍光电传感器的原理、结构、特点等,希望能对大家有所帮助!
一、基恩士光电传感器的工作原理
基恩士光电传感器的工作原理基于光电效应和光电二极管
的原理。光电效应是指当光线照射到某些料子表面时,会导致电子
从料子表面跃迁到真空或半导体内部,使料子表面产生电荷,从而
产生电流或电势差。而光电二极管是一种利用光电效应产生光电流
的半导体器件,其工作原理就是当光线照射到光电二极管时,光子
的能量被半导体汲取,使半导体中的电子通过能带跃迁产生光电子,进而形成电流。
在基恩士光电传感器中,一般采纳光电二极管来检测光信号。光电二极管由一个PN结构构成,其中P型区和N型区之间的界
面称为PN结。当光电二极管存在光照时,光子激发了P型和N型区
域的电子,从而产生光生载流子。然后,由于PN结的特别结构,电子会向N型区域移动,而空穴会向P型区域移动。移动的电子和空穴在PN结分界处被收集,并向外界形成光电流。因此,光电传感器的基本工作原理就是将光照射到光电二极管上,通过测量光电二极管产生的光电流来检测光信号的强度。
二、基恩士光电传感器的结构
基恩士光电传感器通常由三部分构成,即发送器、接收器和检测电路。
1. 发送器
基恩士光电传感器是光电传感器中的一个紧要构成部分,其作用是发出一束光束,用于照射目标物体并产生反射光线。发送器通常包含一个光源和一个聚光透镜组件。
第2章 光电检测器件工作原理及特点
P(T2)
- - - - - - -
-
-
-
-
+ + + + + + + - - - - - - + + + +
( a)
图2-5
P
( b)
极化强度与温度T的关系(见图2-6)
P
0
(a)
Tc
T
图2-6
0
(b)
Tc
T
j T2>T1
2、 辐射热计效应
与光电导效应不同,这里的电阻率变化是由于温度 变化引起的。阻值的变化与温度的变化关系为 (2-17) R RT
本征半导体的光电效应如图2-1所示 当在垂直于电场方向有均匀光照入射 到样品表面,且入射光通量恒定时, 样品中流出的光电流称为稳态光电流。 无光照时,半导体材料在常温下 具有一定的热激发载流子浓度,此 时材料处于暗态,具有一定的暗 电导率。暗态下样品的电导可以 表示为 S
本征半导体样品 L
光
Gd d
Vo S ( ) ( )
Io S ( ) ( )
3.积分响应度:检测器对各种波长的辐射 光连续辐射通量的反应程度.
S d S d
1
0
0
4.响应时间:当入射辐射到光电检测器后或入 射辐射遮断后,光电检测器的输出上升的稳定
光检测器的工作原理
光检测器的工作原理
光检测器是一种用于检测和测量光的仪器,它基于光的性质进行工作。以下是光检测器的工作原理:
1. 光电效应:光检测器利用光电效应将光能转化为电能。当光线照射到光检测器的光敏材料上时,光子能量会导致原子或分子中的电子发生跃迁,从而产生自由电子和空穴对。这些电子和空穴对可以被电场收集,并在电极上产生电流。
2. PN结:一些光检测器使用PN结来实现光电转换。PN结是由一个P型半导体和一个N型半导体组成的结构。当光线照射到PN结上时,光子的能量会打破晶格结构,产生电子和空穴对。由于PN结的结构,电子和空穴会在电场的作用下被分离,形成电荷集中区。这些电荷可以在电极上产生电流。
3. 光电二极管:光电二极管是一种常见的光检测器,它利用PN结的光电效应来测量光的强度。当光线照射到光电二极管上时,光子的能量会产生电子和空穴对。由于电极的存在,电子和空穴会被分离并形成电流。通过测量电流的变化,可以确定光的强度。
4. 其他类型的光检测器:除了光电二极管以外,还有其他一些常见的光检测器,如光敏电阻、光电管等。这些光检测器利用不同的工作原理,但都基于光的性质进行测量。
总的来说,光检测器的工作原理是通过将光能转化为电能来测
量光的强度或其他特性。不同类型的光检测器可能使用不同的机制,但它们的基本原理都是利用光电效应来实现的。
光电检测器工作原理(一)
光电检测器工作原理(一)
光电检测器工作原理
1. 简介
光电检测器是一种能够将光信号转化为电信号的设备。它在许多领域中都有广泛的应用,如光通信、光电传感等。本文将从浅入深地介绍光电检测器的工作原理。
2. 光电检测器结构
光电检测器通常由以下几个主要部分组成: - 光敏元件:负责接收光信号并产生电荷携带子。 - 电荷放大器:用于将光敏元件产生的微弱电荷转化为可观测的电信号。 - 信号处理电路:对电信号进行增强、滤波和解调等处理。 - 输出接口:将处理后的电信号输出给后续电路或设备。
3. 光敏元件的工作原理
光敏元件是光电检测器的核心部分,常见的光敏元件有光电二极管(Photodiode)和光电导(Phototransistor)。
光电二极管
光电二极管是一种具有半导体特性的元件。当光照射到光电二极管的结区域时,光能会激发光电二极管内的载流子生成和移动,从而产生电流。其工作原理主要包括以下两个过程: 1. 光吸收:光能被
半导体材料吸收,形成电子-空穴对(Electron-Hole Pair)。 2. 电荷分离:由于内建电势的作用,电子和空穴被分离,形成电流。
光电导
光电导是一种基于光敏二极管的光敏元件。其工作原理类似于光电二极管,但光电导在集电极和基极之间引入了一个电流放大层,可以增强输出电流。工作原理主要包括以下两个过程: 1. 光吸收和电子-空穴对的生成。 2. 电子和空穴进入电流放大层,引发电流放大,产生更大的输出电流。
4. 电荷放大器的工作原理
电荷放大器是将光敏元件产生的微弱电荷进行放大的关键部分。它采用了放大电路和电容器的组合,实现了电荷的积分和放大。其工作原理主要包括以下几个步骤: 1. 电荷积分:电荷放大器中的电容器开始积放光敏元件产生的电荷。 2. 放大电路:在一定的时间间隔内,电荷放大器会将电容器上积累的电荷放大为可观测的电信号。 3. 放大比例:电荷放大器的放大比例决定了输出信号的幅度。
光电传感器的基本原理及分类
光电传感器的基本原理及分类
一、引言
光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的设备,广泛应用于工
业自动化、机器人技术、医疗仪器等领域。本文将从基本原理和分类
两个方面介绍光电传感器的知识。
二、光电传感器的基本原理
1. 光电效应原理
光电效应是指当金属或半导体表面受到光照射时,会产生电子的现象。这种现象可以用经典物理学或量子力学来解释,但无论采用哪种解释
方式,都不能完全符合实验结果。根据实验结果,可以得出以下结论:当光子能量大于物质表面材料的束缚能时,就会发生外逸电子现象。
利用这个原理,可以制作出具有灵敏度高、响应速度快等优点的光电
传感器。
2. 光敏元件原理
在光电传感器中,最重要的部分就是光敏元件。常见的光敏元件有四种:硅太阳能电池、硒太阳能电池、气体放大管和半导体二极管。其
中最常见的是半导体二极管,其工作原理是基于PN结的光电效应。
当光照射到PN结上时,会产生电子和空穴对,从而导致PN结区域的电流变化。这种变化可以被检测到,并通过信号处理器转化为数字信
号输出。
3. 光电传感器的工作原理
光电传感器的工作原理是将光信号转化为电信号。当物体进入传感器检测范围内时,会反射出一定程度的光线,这些光线被接收器接收后经过放大和滤波处理后转化为数字信号输出。根据不同的应用需求,可以选择不同类型的光电传感器来实现不同功能。
三、光电传感器的分类
1. 按照检测目标分类
根据检测目标的不同,可以将光电传感器分为接近式、距离式和透明式三种类型。
(1)接近式:主要用于检测物体是否在一定距离范围内,并且可以识别物体是否有金属或非金属等特殊属性。
光电传感器的工作原理
光电传感器的工作原理
光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的设备,广泛应用于工业自动化、光电测量、光通信等领域。它能够通过感光元件对光信号进行检测和转换,进而实现对光强、光频、光相位等光学参数的测量和控制。
光电传感器的工作原理主要包括光电效应、光电转换和信号处理三个方面。
1. 光电效应
光电效应是指当光线照射到物质表面时,光子与物质中的电子发生相互作用,
使电子从物质中解离出来,形成自由电子。这种现象是光电传感器工作的基础。
光电效应主要分为三种类型:光电发射效应、光电吸收效应和光电导效应。其中,光电发射效应是光电传感器中常用的效应类型,它是指当光线照射到金属或者半导体材料表面时,光子能量足够高,使材料中的电子获得足够的能量从而跃迁到导带中,产生电流。
2. 光电转换
光电转换是指将光信号转化为电信号的过程。光电传感器中常用的光电转换元
件有光电二极管(Photodiode)、光电三极管(Phototransistor)和光电阻(Photoresistor)等。
光电二极管是一种能够将光信号转化为电流信号的器件,它是基于光电效应的
工作原理。当光线照射到光电二极管上时,光子能量被转化为电子能量,从而在器件中产生电流。光电二极管具有快速响应、高灵敏度和宽波长范围等特点,广泛应用于光通信、光电测量等领域。
光电三极管是一种能够将光信号转化为电流放大信号的器件,它是在光电二极
管的基础上进一步发展而来。光电三极管具有高增益、低噪声和快速响应等特点,适合于对光信号进行放大和控制的应用。
光电阻是一种能够将光信号转化为电阻变化的器件,它是基于光电效应的工作原理。当光线照射到光电阻上时,光子能量被转化为电子能量,从而改变了光电阻的电阻值。光电阻具有简单、便宜和易于使用的特点,常用于光敏开关、光电测量等应用。
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。
光电检测器件工作原理及特性解读
光电导器件常做成梳状电极,光敏面做成蛇形,即保证了
较大的受光表面,又可减小电极间距离,从而减小载流子 的有效极间渡越时间,也利于提高灵敏度
光电导器件的光电导增益与带宽积为一常数,即MΔf=常数。
表明,光电导增益越大,光电灵敏度越高,而器件的带宽越 低。反之亦然。这一结论对光电效应现象有普遍性。
2.1.2 杂质光电导效应:杂质半导体
负载接入外回路,电流为I,则PN结两端电压为:
V=(kT/q)ln[(Ip-I)/Is+1]
PN结开路时,I=0,求得开路电压:Voc =(kT/q)ln (Ip/Is+1)
可见Voc与Ip为非线性关系。
PN结短路,V=0,求得短路电流即光电流:Isc=Ip=qη/hν=P
没有光照时,Ip=0,外加正向电压为V时,有I+=Is[exp(qV/kT)-1]
第二章 光电检测器件工作原理及特性
► 2.1 光电检测器件的物理基础 • 1、光电导效应 • 2、杂质光电导效应 • 3、光生伏特效应 • 4、光热效应
► 2.2 光电检测器件的特性参数
2.1光电检测器件的物理基础 ----光电效应和光热效应
光电导效应、光生伏特效应和光热效应
光电传感器的工作原理
光电传感器的工作原理
光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的装置,广泛应用于工业自动化、光电测量、光学通信、无线电通信等领域。它通过感知光信号的强度、频率、波长等特征,将其转化为电信号,从而实现对光信号的检测和测量。
一、光电传感器的基本原理
光电传感器的基本原理是利用光电效应,即光照射到光敏元件上时,会产生电
信号。光电传感器通常由光源、光敏元件和信号处理电路组成。
1. 光源:光源是光电传感器中的发光元件,常用的光源有激光二极管、发光二
极管、红外线二极管等。光源的选择要根据具体的应用需求来确定。
2. 光敏元件:光敏元件是光电传感器中的接收元件,它能够将光信号转化为电
信号。常用的光敏元件有光电二极管、光敏电阻、光电二极管阵列等。光敏元件的选择要考虑到光源的波长、光强度等因素。
3. 信号处理电路:信号处理电路用于放大、滤波和解调光敏元件输出的电信号,以便进行后续的信号处理和分析。信号处理电路的设计要根据具体的应用需求来确定。
二、光电传感器的工作原理可以分为直接检测和间接检测两种方式。
1. 直接检测:直接检测是指光电传感器直接接收被测物体反射或透过的光信号。当被测物体反射或透过的光信号照射到光敏元件上时,光敏元件产生电信号,经过信号处理电路的放大和滤波,最终输出检测结果。
2. 间接检测:间接检测是指光电传感器通过测量光信号与被测物体之间的相互
作用来检测被测物体的某些特性。常见的间接检测方式有光散射、光吸收、光透射等。
三、光电传感器的应用
光电传感器在工业自动化中有着广泛的应用。以下是一些常见的应用领域:
光电探测器的工作原理
光电探测器的工作原理
光电探测器是一种用于检测光信号的器件,主要基于光电效应。其工作原理可以归纳为以下几个步骤:
1. 能量吸收:当光束照射到光电探测器上时,光子的能量会被光敏物质(如半导体材料)所吸收。光敏物质中的电子将吸收光子的能量,从而进入激发状态。
2. 电子释放:光敏物质中激发状态的电子会经过非辐射过程,将能量释放并转化为电子动能。这些电子会跃迁到导带中,形成带电粒子。
3. 电荷分离:带电粒子在光电探测器内部会被电场分离。正电荷会被引向正极,而负电荷会被引向负极,从而在探测器内部产生电流。这个电流的大小与吸收光子的能量和光强有关。
4. 信号放大:产生的微弱电流通过放大电路进行放大,以提高信号的强度和可靠性。
5. 信号处理:经过放大后的电流信号进一步被传递到信号处理电路中,进行滤波、放大、采样等处理。最终,光电探测器产生的信号可以被转化为可视化的图像、电子信号或其他形式的输出。
总的来说,光电探测器的工作原理是通过光子在光敏物质中的能量吸收、电子释放、电荷分离以及信号放大和处理等步骤来实现对光信号的探测和转化。不同类型的光电探测器,如光电
二极管、光电倍增管、光电晶体管等,在工作原理上可能有所差异,但都是基于光电效应实现的。
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形成过程:
无光照
空穴 电子
P
N
eVD Ec EF Ev
光照
VD
Ip P
V+
_ _ _ _
有光照
P
N
eVD-eV
N Ec EF Ev
I+
光生(正向)电压产生正向注入 电流(由P指N): I+=Is[exp(qV/kT)-1]
当PN结外接回路时,总电流与光生电流和结电流之间关系:
I=Ip-I+=Ip-Is[exp(qV/kT)-1] 负载接入外回路,电流为I,则PN结两端电压为: V=(kT/q)ln[(Ip-I)/Is+1] PN结开路时,I=0,求得开路电压:Voc =(kT/q)ln (Ip/Is+1)
2.1.4 光热效应
与光电效应的区别:光电效应中,光子能量直接变为光电子
的能量,光热效应中,光能量与晶格相互作用使其运动加剧, 造成温度的升高,从而引起物质相关电学特性变化。
可分为:热释电效应、辐射热计效应及温差电效应
1、 热释电效应
介质温度在光照作用下温度发生变化,介质的极化强
度随温度变化而变化,引起表面电荷变化的现象。
可见Voc与Ip为非线性关系。 PN结短路,V=0,求得短路电流即光电流:Isc=Ip=qη/hν=P
没有光照时,Ip=0,外加正向电压为V时,有I+=Is[exp(qV/kT)-1]
注意:光伏效应与光照相联系的是少数载流子的行为,少数载
流子的寿命通常很短。所以以光伏效应为基础的检测器件比以光 电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。
料,以及一些有机物。
2.1.3 光生伏特效应 达到内部动态平衡的半导体PN结,在光照的作用下,
在PN结的两端产生电动势,称为光生电动势。这就 是光生伏特效应。也称光伏效应。
物理本质:PN结内建电场使得载流子(电子和空穴)的扩
散和漂移运动达到了动态的平衡,在光子能量大于禁带宽度 的光照的作用下,激光出的电子空穴对打破原有平衡,靠近 结区电子和空穴分别向N区和P区移动,形成光电流,同时形 成载流子的积累,内建电场减小,相当于在PN加了一个正向 电压。即光生电动势。
1、本征光电导效应
本征光电导效应:是指本征半导体材料发生光电导效应。 即:光子能量hv大于材料禁带宽度Eg的入射光,才能激 光出电子空穴对,使材料产生光电导效应。 针对本征半导体材料,即:hv>Eg 即存在截止波长:λ0=hc/Eg=1.24/Eg。 基本概念:
1、稳态光电流:稳定均匀光照
3、亮电导率和亮电流
j
+
+
+
+ +
+
+ -
+ -
+ -
+ + - -
+ -
热释电现象中:温度对自发极化强度的影响。 随着温度的升高,自发极化强度越来越弱,当达到一定
温度时,自发极化强度为零,极化晶体发生相变为非极 化晶体。
光电导器件常做成梳状电极,光敏面做成蛇形,即保证了
较大的受光表面,又可减小电极间距离,从而减小载流子 的有效极间渡越时间,也利于提高灵敏度
光电导器件的光电导增益与带宽积为一常数,即MΔf=常数。
表明,光电导增益越大,光电灵敏度越高,而器件的带宽越 低。反之亦然。这一结论对光电效应现象有普遍性。
2.1.2 杂质光电导效应:杂质半导体
2.1.1 光电导效应 光电导效应:光照射的物质电导率发生改变,光 照变化引起材料电导率变化。是光电导器件工作 的基础。 物理本质:光照到半导体材料时,晶格原子或杂质原子
的束缚态电子吸收光子能量并被激发为传导态自由电子, 引起材料载流子浓度增加,因而导致材料电导率增大。 (属于内光电效应。)
包括:本征和非本征两种,对应本征和杂质半导体材料。
物理本质:极化晶体 极化晶体:在外电场和应力为零情况下自身具有自发极化
的晶体,原因是内部电偶极矩不为零,表面感应束缚电荷。
_ _ _ _ _ _ _ _ _
P(T1)
P(T2)
-
-
-
-
-
-
工作温度T1(左)和工作温度T2>T1(右)
极化晶体表面束缚电荷,被周围自由电荷不断中和,表面无净电荷。光照 时,晶体温度升高,电偶极子热运动加剧,极化强度减弱,表面感应电荷 数减小,但中和过程(达数秒)要远大于极化强度的响应过程(10-12s), 相当于释放了一些电荷,对外表现为电流。可以在这些电荷被中和之前测 量到。
2、暗电导率和暗电流
4、光电导和光电流
基本公式:
光
暗电导率Gd=σdS/L
暗电流Id= σdSU/L 亮电导率Gl= σlS/L 亮电流Il= σlSU/L 光电导Gp= ΔσS/L 光电流Ip= ΔσSU/L
本征半导体样品 L
S
U
光电导效应示意图
E
2、光电导弛豫过程
光电导效应是非平衡 载流子效应,因此存 在一定的弛豫现象, 即光电导材料从光照 开始到获得稳定的光 电流需要一定的时间。 同样光电流的消失也 是逐渐的。弛豫现象 说明了光电导体对光 强变化的反应快慢程 度,称为惰性。 输出光电流与光功率调制频 率变化关系是一低通特性。
第二章 光电检测器件工作原理及特性
• • • • 2.1 光电检测器件的物理基础 1、光电导效应 2、杂质光电导效应 3、光生伏特效应 4、光热效应
2.2 光电检测器件的特性参数
2.1光电检测器件的物理基础 ----光电效应和光热效应 光电导效应、光生伏特效应和光热效应
光电效应:物质受光照射后,材料电学性质发生 了变化(发射电子、电导率的改变、产生感生电 动势)现象。 包括: 外光电效应:产生电子发射 内光电效应:内部电子能量状态发生变化
矩形光 脉冲
O
i(%)
t
100
63 37
O
τr
ห้องสมุดไป่ตู้
τf
t
光电导对光强变化反应的惰性 引起光电流变化的延迟
3、光电导增益
光电导增益是表征光电导器件特性的一个重要参数,表示长
度为L的光电导体在两端加上电压U后,由光照产生的光生载 流子在电场作用下形成的外电流与光生载流子在内部形成的 光电流之比。可表示为:M=τ/τdr τ为器件的时间响应 τdr为载流子在两极间的渡越时间
杂质半导体中施主或受主吸收光子能量后电离中,产生 自由电子或空穴,从而增加材料电导率的现象。 杂质半导体禁带宽度比本征小很多,因此更容易电离, 响应波长比本征材料要长得多。用EI表示杂质半导体的 电离能,则截止波长:λ0=hc/EI。 特点:容易受热激发产生的噪声的影响,常工作在 低温状态。
常用光电导材料:硅Si、锗Ge及掺杂的半导体材