光电探测器分解
光电探测器综述(PD)分解
光电探测器综述摘要：近年来，围绕着光电系统开展了各种关键技术研究，以实现具有高集成度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器（Photodetector）及光电集成电路（OEIC）已成为新的重大挑战。
尤其是具有高响应速度，高量子效率和低暗电流的高性能光电探测器，不仅是光通信技术发展的需要，也是实现硅基光电集成的需要，具有很高的研究价值。
本文综述了近十年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方向，对其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。
关键词：光电探测器，Si ,CMOSAbstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, highperformance, low power consumption and low cost of photoelectricdetector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) hasbecome a major new challenge. Especially high response speed ，highquantum efficiency, and low dark current high-performance photodetector,is not only the needs for development of optical communication technology,but also realize the needs for silicon-based optoelectronic integrated,has thevery high research value.This paper reviews the development of differentcharacteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses thephotodetector development direction in the next few years,the study of highperformance photoelectric detector, the structure, and related technology,manufacturing, has very important practical significance.Key Word: photodetector, Si ,CMOS一、光电探测器1.1概念光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用，这主要是基于半导体材料的光生伏特效应，所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。
第十二章光电探测器 PPT
计量起伏噪声(以起伏噪声电压 n为(t)例,噪声电流 i类n (似t) )
n (t) 0噪声电压平均值得瞬间振幅与相位随时间呈无规则变化
___
n2 均方值完全确定,表示单位电阻上所消耗得噪声平均功率
___
n2 —计量噪声电压大小
___
n2 —起伏噪声电压有效值
____记__为_____V_ n2
光电导探测器
利用光电导效应可以制成各种用途得光电元件,如光敏电阻(光 电导探测器)、光电管等。其中光敏电阻具有体积小、坚固耐用、 价格低廉、光谱响应范围宽等优点,广泛用于微弱辐射信号得探 测领域。
#
光电导探测器
光电导效应
本征半导体:
光电导增量
e(nn pp )
n和p
分别就是电子与空穴得迁移率
i
生得具有电量为e得光电子数量
量子效率
Ip / e
单位时间内光子所激励得光电子数
Pi /h
单位时间内入射到探测器表面得光子数
代表入射到探测器得单个光子所能产生得光电子数目
#
光电探测器得性能参数
时间常数
探测器得惰性:
当入射光功率发生突然变化时(如开始或停止照射),光电探测器
得输出总不能完全跟随输入而变化。通常用时间常数 来衡 量
在阶跃输入光功率条件下,光电探测器输出电流 为
is
当is
(t
)
i
[1
exp(t 时,(稳态值
/
)]
)
称is (为t)参数
频率响应
——探测器得响应度随入射光调制频率得变化特征 多数探测器得响应度与调制频率得关系为
(f )
0
1
(1+4 2f 2 2 ) 2
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。
光电探测器分解课件
光电探测器的应用领域
总结词
光电探测器广泛应用于各种领域，如科学研究、工业 生产、安全监控等。其应用范围涵盖了光谱分析、辐 射监测、激光雷达、光纤通信等众多领域。
详细描述
光电探测器作为一种重要的光电器件，具有广泛的应用 领域。在科学研究领域，光电探测器可用于光谱分析、 辐射监测等实验中，帮助科学家深入了解物质的性质和 行为。在工业生产领域，光电探测器可用于各种自动化 生产线和设备的控制与监测，提高生产效率和产品质量 。此外，在安全监控、激光雷达、光纤通信等领域，光 电探测器也发挥着重要的作用。通过不断的技术创新和 应用拓展，光电探测器的应用前景将更加广阔。
02
薄膜沉积
在衬底上沉积光电探测器的关键薄膜 材料，如半导体材料、金属材料等。
01
封装与测试
将制造完成的光电探测器进行封装和 性能测试，确保其正常工作。
05
03
光刻与刻蚀
通过光刻技术将薄膜材料加工成所需 的结构和图形，然后进行刻蚀以形成 光电探测器的各个部分。
04
掺杂与欧姆接触
对光电探测器的半导体材料进行掺杂 ，并形成欧姆接触，以实现电流的收 集和传输。
光电探测器输出电压与输入光 功率之比，用于衡量光电探测
器的光转换效率。
带宽
光电探测器的响应速度的量度 ，通常以Hz或MHz为单位。
噪声等效功率
在一定的信噪比下，探测器可 检测到的最小光功率。
线性范围
光电探测器输入光功率与输出 电压呈线性关系的范围。
03
光电探测器的制造工艺
制造工艺流程
衬底准备
选择合适的衬底材料，并进行清洗和 加工，为后续制造过程做准备。
光电探测器的发展趋势
高响应速度
光电探测器 入门详细解析
光电探测器摘要本文研究了近期崛起的高科技新秀：光电探测器。
本文从光电探测器的分类、原理、主要参数、典型产品与应用、前景市场等方面简单介绍了光电探测器，使大家对光电探测器有一个初步的理解。
了解光电探测材料的原理不仅有利于选择正确适宜的光电探测材料，而且对研发新的光电探测器有所帮助一、简单介绍引入光电探测器是指一类当有辐射照射在表面时，性质会发生各种变化的材料。
光电探测器能把辐射信号转换为电信号。
辐射信号所携带的信息有：光强分布、温度分布、光谱能量分布、辐射通量等，其进过电子线路处理后可供分析、记录、储存和显示，从而进行探测。
光电探测器的发展历史：1826年，热电偶探测器→1880，金属薄膜测辐射计→1946，热敏电阻→20世纪50年代，热释电探测器→20世纪60年代，三元合金光探测器→20世纪70年代，光子牵引探测器→20世纪80年代，量子阱探测器→近年来，阵列光电探测器、电荷耦合器件（CCD）这个被誉为“现代火眼金睛”的光电探测材料无论在经济、生活还是军事方面，都有着不可或缺的作用。
二、光电探测材料的分类。
由于器件对辐射响应的方式不一样，以此可将光电探测器分为两大类，分别是光1子探测器和热探测器。
○1光子探测器：光子，是光的最小能量量子。
单光子探测技术，是近些年刚刚起步的一种新式光电探测技术，其原理是利用新式光电效应，可对入射的单个光子进行计数，以实现对极微弱目标信号的探测。
光子计数也就是光电子计数，是微弱光（低于10－14W）信号探测中的一种新技术。
○2利用光热效应制作的元件叫做热探测器，同时也叫热电探测器。
（光热效应指的是当材料受光照射后，光子能量会同晶格相互作用，振动变得剧烈，温度逐渐升高，由于温度的变化，而逐渐造成物质的电学特性变化）。
若将光电探测器按其他种类分类，则按应用分类：金属探测器，非成像探测器（多为四成像探测器），成像探测器（摄像管等）。
按波段分类：红外光探测器（硫化铅光电探测器），可见光探测器（硫化镉、硒化镉光敏电阻），紫外光探测器。
第十一讲光电探测器的性能参数介绍课件
带宽是光电探测器的频率响应范围，表示为Hz。
详细描述
带宽是指光电探测器能够响应的频率范围，单位为Hz。带宽越宽，光电探测器 能够响应的光信号频率范围越广，能够适应更快速、更高频率的光信号变化。
噪声等效功率
总结词
噪声等效功率是光电探测器的噪声水平，表示为W。
详细描述
噪声等效功率是指光电探测器在产生同等噪声时所对应的入射光功率，单位为W 。噪声等效功率越小，光电探测器的噪声水平越低，能够更好地检测到低功率的 光信号。
光电探测器在安全监控领域的应用
视频监控中的应用
光电探测器在视频监控中用于图像的 采集和检测，提高监控系统的可靠性 和清晰度。
红外探测中的应用
光电探测器在红外探测中用于检测目 标物体的温度和辐射，实现夜间和恶 劣环境下的监控。
光电探测器在环境监测领域的应用
气象观测中的应用
光电探测器在气象观测中用于检测大气中的 气体成分和浓度，为环境保护和气象预报提 供数据支持。
详细描述
光电探测器的基本原理是利用光子与物质相互作用产生电子-空穴对的原理。当光子照 射到光电探测器的敏感区域时，光子能量被吸收并传递给材料中的电子，使电子获得足 够的能量跳出材料表面，形成光电流。这个光电流的大小与入射光的强度和频率有关，
从而实现光电转换。
光电探测器的应用领域
总结词
了解光电探测器的应用领域有助于理解其在不同领域 中的性能要求。光电探测器的应用领域包括通信、工 业自动化、安全监控、医疗诊断等。
02
光电探测器的性能参 数
响应度
总结词
响应度是光电探测器对光信号的敏感程度，表示为A/W（安 培/瓦特）或mA/W。
详细描述
响应度是指光电探测器在单位入射光功率下所产生的光电流 大小，单位为A/W或mA/W。响应度越高，光电探测器对光 信号的敏感度越高，能够更快速、准确地检测到光信号的变 化。
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。
《涨知识啦18》---光电探测器基本原理
《涨知识啦18》---光电探测器基本原理《涨知识啦18》---光电探测器基本原理现如今，光电探测器已经应用到各个领域。
通过与LED或激光二极管结合，光电探测器可用于电路隔离器、入侵报警以及激光雷达等系统，因此光电探测器的应用领域和范围都将随着时间的推移而不断扩大，本期的内容就先给大家简单介绍一下pn结光电探测器的基本工作原理。
就pn结光电探测器而言，光可以穿透至冶金结邻近区域的pn结二极管中，该区域因吸收光子而产生电子-空穴对，如下图所示。
在p型一侧或n型一侧不超过一个扩散长度的准中性区中，非平衡少数载流子扩散到耗尽区；随后，这些空间电荷区的载流子和光生载流子通过电场进行输运，即电子输运到n型层，空穴输运到p型层，该过程为二极管电流贡献了一个附加的反向电流。
假定整个二极管中光产生率G L保持一致，由于光照导致的电流增加量I L等于-q乘以单位时间内在体积为A(L N+W+L P)空间内由光产生的电子-空穴对，即光谱响应是所有光电探测器的一个重要特征。
下图是硅pn结光电探测器的光谱响应曲线。
图中的光电探测器响应只覆盖了有限的波长范围。
在大多数的光电探测器中波长上限直接由半导体能带宽度决定：如果光子能量大于吸收区的禁带宽度E G，则所吸收光子可以产生电子-空穴对；反之，当光子能量小于E G时，半导体对于光子而言几乎是透明的，因此半导体的光谱响应基本截止在λG=1.24/E G处。
另外，在光功率不变的情况下，探测器在单位时间内吸收短波长光子数的能力减小，因为针对短波长的光吸收效应更集中于半导体表面，但是多数光生载流子在扩散到耗尽区之前已经通过非辐射复合的方式被消耗掉，因此光谱响应随着波长变短而逐渐下降。
本期《涨知识啦》就到这啦！我们下期再见！以上内容选自Semiconductor Device Fundamentals, [美] Robert F. Pierret.。
光电探测器综述(PD)分解
光电探测器综述摘要：近年来，围绕着光电系统开展了各种关键技术研究，以实现具有高集成度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器（Photodetector）及光电集成电路（OEIC）已成为新的重大挑战。
尤其是具有高响应速度，高量子效率和低暗电流的高性能光电探测器，不仅是光通信技术发展的需要，也是实现硅基光电集成的需要，具有很高的研究价值。
本文综述了近十年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方向，对其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。
关键词：光电探测器，Si ,CMOSAbstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, highperformance, low power consumption and low cost of photoelectricdetector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) hasbecome a major new challenge. Especially high response speed ，highquantum efficiency, and low dark current high-performance photodetector,is not only the needs for development of optical communication technology,but also realize the needs for silicon-based optoelectronic integrated,has thevery high research value.This paper reviews the development of differentcharacteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses thephotodetector development direction in the next few years,the study of highperformance photoelectric detector, the structure, and related technology,manufacturing, has very important practical significance.Key Word: photodetector, Si ,CMOS一、光电探测器1.1概念光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用，这主要是基于半导体材料的光生伏特效应，所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。
光电探测器PPT课件
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3．电子光学系统
电子光学系统是适当设计的电极结构，使前一级发射出来
的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上，也就是使下一 级的收集率接近于1；并使前一级各部分发射出来的电子，落 到后一级上所经历的时间尽可能相同，即渡越时间零散最小。
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4．倍增系统
倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是
倍增极材料大致可分以下四类：
1）含碱复杂面主要是银氧铯和锑铯两种，它们既是灵敏的光 电发射体，也是良好的二次电子发射体。
2）氧化物型，主要是氧化镁。 3）合金型，主要是银镁、铝镁、铜镁、镍镁、铜铍等合金。 4）负电子亲合工作电压不致于过高；热发射小，以便整管的暗电流和噪声小
测试阴极灵敏度时，以阴极为一极，其它倍增极和阳极都 连到一起为另一极，相对于阴极加100～300V直流电压，照射 到光电阴极上的光通量约为10-2～10-5lm。
测试阳极灵敏度时，各倍增极和阳极都加上适当电压，因 为阳极灵敏度是整管参量，与整管所加电压有关，所以必须注 明整管所加电压。
积分灵敏度与测试光源的色温有关，一般用色温为2856K 的白炽钨丝灯（A光源）。(色温：辐射源发射光的颜色与黑体 在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐 射源的色温。)色温不同时即使测试光源的波长范围相同，各单 色光在光谱分布中的组分不同时. ，所得的积分灵敏度也不同。14
侧窗式
端窗式
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1．光窗
光窗分侧窗式和端窗式两种，它是入射光的通道。一般常 用的光窗材料有钠钙玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、熔凝石英和 氟镁玻璃等。由于光窗对光的吸收与波长有关，波长越短吸收 越多，所以倍增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料。
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光电探测器原理资料讲解
光电探测器原理光电探测器原理及应用光电探测器种类繁多，原则上讲，只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以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，是变光信号为电信号的元件。
光电效应分两类，内光电效应和外光电效应。
他们的区别在于，内光电效应的入射光子并不直接将光电子从光电材料内部轰击出来，而只是将光电材料内部的光电子从低能态激发到高能态。
于是在低能态留下一个空位——空穴，而高能态产生一个自由移动的电子，如图二所示。
硅光电探测器是利用内光电效应的。
由入射光子所激发产生的电子空穴对，称为光生电子空穴对，光生电子空穴对虽然仍在材料内部，但它改变了半导体光电材料的导电性能，如果设法检测出这种性能的改变，就可以探测出光信号的变化。
无论外光电效应或是内光电效应，它们的产生并不取决于入射光强，而取决于入射光波的波长λ或频率ν，这是因为光子能量E只和ν有关：E=hν（1）式中h为普朗克常数，要产生光电效应，每个光子的能量必须足够大，光波波长越短，频率越高，每个光子所具有的能量hν也就越大。
光强只反映了光子数量的多少，并不反映每个光子的能量大小。
目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管，是由半导体材料制作的。
半导体光电探测器是很好的固体元件，主要有光导型，热电型和P—N结型。
但在许多应用中，特别是在近几年发展的光纤系统中，光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差；热电型探测器不能获得很高的灵敏度。
而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件，是该波长区理想的光接收器件。
一、耗尽层光电二极管在半导体中，电子并不处于单个的分裂能级中，而是处于能带中，一个能带有许多个能级。
如图三所示。
能带与能带间的能量间隙称为禁带，禁带中没有电子，电子从下往上填，被电子全部填满的能带称为满带，最高的满带称为价带，紧靠在价带上面的能带称为导带，导带只有部分被电子填充，或是全部空着。
第二章光电探测器概述PPT课件
测量条件 --- D*(500K,900,1)
四、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 （某一特定波长下单位时间内产生的平均光电子与入射光子数之比）
• 因光照而引起物体电学特 性的改变统称为光电效应
• 1905年爱因斯坦发表的相对 论而闻名于世
• 1925年他获得诺贝尔奖是因 发现光电效应
当光照射到物体上使物体向
二、光电探测真器空的中发物射理电效子应分类
光照使材料的电导率发生变化
探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引
光子效起应D内部外光电电效子应状态光的电改发射变效，应 而把光吸电收管、的光光电倍能增管
• 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。
I ddP i线性区 P iee((tt内 )) (A/W)
•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。
Vd dP u线性V 区 Pee((tt内 )) (V/W)
2.单色灵敏度Rλ --- 波长为的单色辐射源
4. 响应时间
--- 描述光电器件对入射辐射响应 快慢的参数
--- 当入射辐射到光探测器上或入射辐射 遮断后，光探测器上的输出上升到稳定值 或下降到照射前的值所需要的时间
时间常数 --- 衡量
响应从稳态值的10%上升到90%所用的 时间 --- 上升时间tr 响应从稳态值的90%下降到10%所用的 时间 --- 下降时间tf
（2）
• （2）÷（1）得
第四章. 光电探测器概述解剖
特点：主要探测可见光，个别可扩展到1.25 μ m,近红 外。红外系统中应用不多。
发展简介与分类
二、光电导探测器
产生条件：本征光电导，入射光子能量 h >本征半导 体禁带宽度Eg；
光敏电阻：硫化镉 CdS，硒化镉CdSe，用于可见光范 围；
p(N) 212Nexp[(2 N N a)2]
噪声的统计特性
➢ 数学期望： E[N]a 热噪声平均值，一般为0
➢
方差： D[N]2N 热噪声的交流功率，
2 N
越大， 噪
声越强。
➢ 在 N N0 时的概率：
p (NN 0 ) 1 2 1N N N 0 0e x p ( 22 2 N N )dN
光电探测器的性能参数
光电探测器的性能参数
工作条件：
➢ 辐射源光谱分布 ➢ 电路的通频带和带宽 ➢ 工作温度 ➢ 光敏面尺寸 ➢ 偏置情况
光电探测器的性能参数
一、有关响应方面的性能参数
响应率（响应度）RV或RI，描述探测器灵敏度 的参量，它表征探测器输出信号与输入辐射之 间关系的参数。
讨论：
➢ 讨论 : ① R xy ( ) 仅与时间差 有关，而与计算时间t的起点
无关； ② Rxy()Ryx()
噪声的统计特性
③ Rxy() Rx(0)Ry(0)，当两个随机过程互不相关时，则 一定有 Rxy()Ryx()0。例如，被检测信号与系统 的观察噪声之间不存在相关性，因此采用互相关 方法有利于抑制观察噪声。
噪声的统计特性
光电系统中的噪声分类：
➢ 白噪声：SN(f)=常数 ➢ 低频噪声，红噪声，如1/f噪声 ➢ 高频噪声，蓝噪声
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真空光电管的结构
11
主要特性
灵敏度：在一定光谱和阳极电压下，光电管阳极电流与阴极面上光
通量之比，反应了光电管的光照特性。
伏安特性：一定光照条件下，阳极电流会随其电压增加而增加 。
不同电极结构有不同的饱和电压 。
光谱响应：各种真空光电管的光谱响应不同，影响光谱特性的主要 因素是光阴极的结构、材料、厚度及光窗材料等 。
器件等
2
6.1 光电探测器的特性参数
量子效率: 光电探测器吸收光子产生光电子，光电子形成电流。
描述光电器件 光电转换能力
I＝P＝ e P h
＝ Ihv ep
单位时间入射到探测器表面的光子 单位时间内被光子激励的光电子数。
特定波长下，单位时间探测器传输出的光电子数与单位时间入射到探测器 表面的光子数之比
_
in2 2e i f
7
6.2 光电探测器原理和种类
6.2.1 光电子发射效应
原理：材料表面的电子吸收光子能量，吸收的光能能够满足途中由于 与晶格或其它电子碰撞而损失的能量外，尚有一定能量足以克服固体 表面的势垒（或叫逸出功）则电子就可以穿出材料表面。这些逸出表 面的电子称为光电子。这种现像叫光电子发射或外光电效应。
2．暗电流噪声：当探测器接入电路后，由于热电子发射，场致发射或半导体中 晶格热振动激发出载流子，而产生的输出电流。 I n (2eI d f )1/ 2
3．散粒噪声： 由电子或光生载流子的粒子性所引起的噪声。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。散粒噪声是与频率无关，与带宽有关的白噪声。
测器的惰性。
is t i 1 et /
响应时间：阶跃输入时，is (t) 上升到稳态值的0.63倍时的时间
由于探测器存在惰性，当用一定振幅的正弦调制光照射探测器时，若调制
频率低，则响应度与调制频率无关；若频率高，响应度就随频率升高而降
低。
R( f )
R0
1 (2f )2
NEP In P Sd Is / In
噪声等效功率的概念表征探测器的最小可探测功率。
探测度D及归一化探测度D*：
D 1/ Af D* D Af
6
光电探测器的噪声
噪声来自系统外部干扰噪声和内部噪声。系统内部噪声主要是由于元器 件中带电粒子的不连续性以及局部不均匀造成的
1．热噪声：凡有功耗电阻的元件都有热噪声，来源于电阻内部自由电子或电荷 载流子的不规则的热骚动。热噪声与温度成正比，与测量仪器的电子带宽成 正比，与频率无关。
响应度 ：入射的单位光辐射功率所引起的反应
电流灵敏度： 电压响应度：
Sd
Is P
Ru
Us P
3
6.1 光电探测器的特性参数
光谱响应：光电探测器响应度随入射光的波长改变而改变的特性 。 峰值响应波长：响应度最大时所对应的波长称为峰值响应波长 截止波长：当响应度下降到其峰值的50%时所对应的波长。
暗电流：在低照度下，暗电流大小和噪声决定了测量光通量的低限， 并影响对弱光的测量精度 。
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充气光电管 在光电管中充进低压惰性气体，在光照下光电阴极发射出的光电
子受电场作用加速向阳极运动，途中与气体原子相碰撞，气体原子发 生电离而形成电子与正离子。电离出来的电子在电场的作用下与光电 子一起再次使气体原子电离。如此繁衍下去，使充气光电管的有效电 流增加，同时正离子也在同一电场作用下向阴极运动，构成离子电流， 其数值与电子电流相当。因此，在阳极电路内就形成了数倍于真空光 电管的光电流。
Ek hv
特点：光电子动能与照射光强度无关；
光谱响应表现出选择性； 光电子发射效应的低频限；
优点：灵敏度高，稳定性好，响应速度快和噪音小
缺点：结构复杂，工作电压高，体积较大
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光电子发射器件
• 光电管、光电倍增管:典型的光电子发射型（外光电效应）探测器件. • 由光电阴极、阳极和真空管壳组成，是一种电流放大器件。 • 光电倍增管具有很高的电流增益，特别适用于微弱光信号的探测
R0为调制频率f ＝0时的响应度。
响应频率：R( fc ) R0 / 2 时的调制频率
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噪声等效功率（NEP）：使探测器输出电压正好等于输出噪声
电压时的入射光功率 。 在探测极其微弱的信号时，限制光电探测器对极微弱光辐射探测能力
的不是响应度的大小。
NEP Un P Ru Us /Un
线性度：探测器的输出光电流（或光电压）与输入光功率成比例的 程度和范围。通常，弱光照时探测器输出光电流都能在较 大范围内与输入光功率（或辐照度）成线性关系。在强光 照时趋于平方根关系。
4
响应时间和频率响应
当照射探测器的光功率由零增加到某一值时，光电探测器的瞬时输出电流
总不能完全跟随输入变化。 同样，在光照突然停止时也是这样，这就是探
第六章 光电探测器
概述
光电器件：探测载波光信息，利用光电效应把光信息转换成电信息的 器件。按器件的机理不同，分为热电和光电探测器两大类。
热电探测器：
基于光辐射引起探测器温度上升，从而使与温度有关的电物理量发生变化， 反映的是入射光的能量或功率和输出电量的函数关系。如热敏电阻、热电偶 和热电堆、气动管（高莱管）、热释电探测器等。 热电探测器对光谱响应没有选择性，从可见光到红外波段均可响应。
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光电探测器：基于光电效应把光能直接转换成电信息的
器件。
分类：根据工作效应的不同可以分为：
（1）光电子发射器件：光电管和光电倍增管 （2）光电导器件：单晶型、多晶型、合金型的光敏电阻 （3）光生伏特器件：光电池、光电二极管和光电三极管
（4）光磁电器件 按排列结构光电探测器也可分为单元器件、阵列器件或成像
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（1）光电管
光电管分为真空光电管和充气光电管两大类。 真空光电管：管内保持真空，只存在电子运动 充气光电管：管内充有低压惰性气体，工作时电子碰撞气体，利用气体电离放电
获得光电流放大作用的光电管。 真空光电管 工作原理： 当入射光线透过光窗照射到电阴极面上时，光电子从阴极发射到真空中，在 极间电场作用下，光电子加速运动到阳极被阳极吸收，光电流数值可在阳极 电路中测出。