4.2 光电探测器的性能参数
第十一讲光电探测器的性能参数资料课件
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夜视与隐蔽行动
红外光电探测器能够实现夜间观 察和目标识别，提高部队的夜战 能力和隐蔽行动的安全性。
紫外光电探测器在环境监测领域的应用
大气污染监测
紫外光电探测器能够检测大气中的有 害气体和光化学烟雾，为环境保护和 治理提供数据支持。
火焰监测
紫外光电探测器能够监测火焰中的紫 外辐射，用于森林防火、工业安全等 领域。
总结词
随着光电探测技术的不断进步，高响应度和高探测率已成为光电探测器的重要发展趋势。
详细描述
高响应度意味着光电探测器能够快速响应光信号，提高信号处理速度和实时性。高探测率则指光电探 测器在低光强度条件下仍能保持较高的探测效率，有助于在弱光环境下实现更好的探测效果。
低噪声与低功耗技术的突破
总结词
降低噪声和功耗是光电探测器技术发展的另一重要方向，相关技术的突破将有助于提高光电探测器的性能和稳定 性。
光电探测器在医疗诊断领域的应用
荧光成像
光电探测器用于荧光成像技术，能够检测生物组织中的荧光 标记物，用于肿瘤诊断和治疗监测。
激光雷达在眼科诊断中的应用
光电探测器在激光雷达技术中用于测量角膜和视网膜的厚度， 为眼科疾病的诊断和治疗提供依据。
05
光电探测器的发展趋势与 展望
高响应度与高探测率的发展趋势
光电探测器的性能测试与评估 测试环境与设备
性能评估标准与指标- 评估标准
根据光电探测器的应用需求，制定相应的评估标准，如光电转换效率、响应速度、 噪声等效功率、信噪比等。- 性能指标
光电探测器的性能测试与分析
光电探测器的性能测试与分析光电探测器是一种广泛应用于光学、光电子学、光电通信、生物医学等领域的基础元器件，具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好、成本低等优点。
然而，光电探测器的性能测试与分析是确保其正常工作和优化设计的必要步骤。
本文将介绍光电探测器的性能测试与分析方法。
一、光电探测器的基本结构和工作原理光电探测器是一种将光信号转化为电信号的器件，其基本结构包括光敏元件、前置放大电路和输出电路。
光敏元件通常采用半导体材料，如硅、锗、InGaAs等，具有光电转换和放大作用。
前置放大电路主要起放大和滤波功能，能够放大光电信号，并去除其中的杂音和干扰。
输出电路则将放大的信号输出到外部测量仪器或其他电子设备中。
在工作原理上，光电探测器一般采用光电效应或击穿效应。
光电效应是指光子通过光敏元件后形成电子-空穴对，进而产生电流。
击穿效应则是指当光信号足够强时，光敏元件内的电荷载流子得以大量产生，从而使电流产生剧烈变化。
二、光电探测器的性能指标光电探测器的性能指标通常包括以下几个方面：1. 灵敏度：指单位光功率下探测器输出信号的大小，单位一般为安培/瓦特（A/W）。
2. 相应速度：指探测器对光信号的响应速度，单位一般为赫兹（Hz）或皮秒（ps）。
3. 噪音等效功率：指在没有光信号的情况下，探测器输出的随机噪声功率密度，单位一般为瓦特（W）或分贝（dBm）。
4. 动态范围：指探测器能够处理的最大信号与最小信号之间的比值，单位一般为分贝（dB）。
5. 波长响应范围：指探测器对光信号的波长响应区间，单位一般为纳米（nm）。
以上性能指标是评估光电探测器性能好坏的重要标准。
三、光电探测器的性能测试步骤对光电探测器进行性能测试是确保其正常工作和优化设计的必要步骤。
下面介绍典型光电探测器的性能测试步骤：1. 灵敏度测试：将探测器置于恒强光源下，通过测量输出电流和光功率计算灵敏度。
2. 噪音等效功率测试：将探测器置于黑暗环境下，测量输出电流，通过绘制功率谱密度曲线来计算噪声等效功率。
光电探测器的性能参数45658
5
对于理想的探测器，每入射一个光子则发射
一个电子，=1；实际上一般有<1。
但对光电倍增管、雪崩光电二极管等有内部增
益机制的光电探测器，可大于1。
量子效率是一个微观参数，光电探测器的量子 效率越高越好。
6
二、响应度
响应度R（或称灵敏度）描述的是光电探测器的光
的平方根成正比，为消除这一影响，定义：
D *N E 1P*D(A df)1/2
D*越大的探测器其探测能力越强。
15
七、其它参数
光电探测器还有其它一些参数，在使用时必须注意到。 如： 1、暗电流：指没有信号和背景辐射时通过探测器的电 流。 2、光敏面积：指灵敏元的几何面积。 3、探测器电阻、电容。 4、工作电压、电流、温度。
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R(f)随f的升高而下降，下降的速度与响应时间 的大小 有关。一般规定R(f)下降到：
R(f)R 0 20.70 R 07 R( f )
R 0
时的频率fc为探测器的响应截
止频率。
0.707R 0
R( f ) 1/ f
11
fc
2
2RC
0
f 1
C 2
f
图3 光电探测器的频率响应曲线
13
五、噪声等效功率
或电流与入射光功率之比。
RV
()
Vs () P()
RI
()
Is () P()
9
光源电源
调制盘
手轮ห้องสมุดไป่ตู้
光电探测器关键性能参数测试研究共3篇
光电探测器关键性能参数测试研究共3篇光电探测器关键性能参数测试研究1光电探测器关键性能参数测试研究光电探测器是现代光学系统及通信系统中重要的组成部分，如光电转换、信号检测等，而其性能参数如灵敏度、响应时间等则对整个系统的效能和性能产生非常重要的影响。
因此，对光电探测器关键性能参数进行测试研究是非常必要的。
1. 灵敏度测试灵敏度是光电探测器的重要性能参数之一，是指光电探测器吸收到的光功率与光电转化电流之比。
具有高灵敏度的光电探测器能够更加灵敏地检测到光信号。
光电探测器的灵敏度测试需要利用光源和光功率计将光信号输入光电探测器，同时修改光源的光功率，测量光电转化电流和光功率之比，以得到光电探测器的灵敏度。
2. 响应时间测试响应时间是光电探测器的另一重要性能参数，指的是光电转换电流上升到其最大值时所需的时间。
具有高响应时间的光电探测器能够更快地响应到光信号。
光电探测器的响应时间测试需要利用激光光源和光脉冲发生器将光信号输入光电探测器，同时利用示波器记录光电转化电流的波形，以得到光电探测器的响应时间。
3. 噪声测试噪声是光电探测器的另一个重要性能参数，指的是光电探测器未受到光信号时产生的电流和电压波动。
噪声影响了光电探测器的信噪比和灵敏度。
光电探测器的噪声测试需要利用示波器和功率谱仪来对光电探测器的电流和电压进行测试。
4. 阈值电流测试阈值电流是光电探测器另一个重要性能参数，是指光电探测器开始进行光电转换时所需的最小电流。
阈值电流直接影响光电探测器的检测能力。
光电探测器的阈值电流测试需要利用实验仪器来检测光电转换电流和光功率计之间的关系，以此得到阈值电流。
总的来说，光电探测器关键性能参数测试是一项非常重要的工作，它能够为光学系统和通信系统中光电探测器的适当选择和性能提升提供可靠的理论和实践基础。
伴随着科技的迅速发展和社会的不断进步，光电探测器在各个领域的应用越来越广泛，不断地推动着光学技术的进步和创新综上所述，光电探测器的关键性能参数测试是非常重要的，能够为光学系统和通信系统的性能提升提供有力的支撑。
光电探测器检测技术的性能评估分析
光电探测器检测技术的性能评估分析简介：光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的重要电子器件。
它广泛应用于光通信、光电子、光谱分析等领域。
为确保光电探测器的稳定工作和高精度检测，需要对其性能进行评估分析。
本文将从光电探测器波长范围、光电流响应、噪声特性和线性度等方面，对光电探测器检测技术的性能评估进行分析。
一、光电探测器波长范围光电探测器的波长范围是指其能够检测光信号的波长范围。
根据应用要求，光电探测器可以设计成在不同波长范围内可靠工作。
在性能评估中，需要通过光谱分析仪等设备，对光电探测器的波长特性进行测试。
通过测试数据可以评估光电探测器的波长响应特性，比较实际测量的波长范围与设计规格。
评估结果可用于改进光电探测器波长范围设计，以适应不同需求。
二、光电流响应光电探测器工作时，光信号被转化为电信号，其强度可通过测量光电流来评估。
光电流响应是指光电探测器对不同光强度的响应能力。
在性能评估分析中，可以通过改变光源的强度，测量相应的光电流，绘制光电流-光强度曲线。
通过曲线的斜率可以评估光电探测器的灵敏度，即对光信号的检测能力。
此外，还可以通过测量光电流随时间的变化，评估光电探测器的响应速度。
三、噪声特性噪声是光电探测器中不可避免的干扰因素，影响其精度和稳定性。
在性能评估中，需要对光电探测器的噪声特性进行分析。
主要包括暗电流噪声、热噪声和光电流噪声。
暗电流噪声是在没有光照射下产生的电流波动，热噪声是由于器件内部温度引起的电流涨落，光电流噪声是由于光信号引起的电流波动。
评估光电探测器的噪声特性时，需要测量其输出信号的稳定性，并分析噪声功率谱密度。
通过分析噪声特性，可以评估光电探测器的信噪比，提高检测的可靠性和精度。
四、线性度线性度是指光电探测器在不同光强度下的输出信号与输入信号之间的关系。
在性能评估中，可以通过改变光源的强度，测量相应的光电流，并绘制光电流-光强度曲线。
通过曲线的直线度和斜率等指标，可以评估光电探测器的线性度。
第十一讲光电探测器的性能参数介绍课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
• 光电探测器概述 • 光电探测器的性能参数 • 光电探测器的性能测试与评估 • 光电探测器的发展趋势与展望 • 实际应用案例分析
01
光电探测器概述
光电探测器的定义与分类
总结词
光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，根据工作原理和应用需求， 可以分为多种类型。
总结词
宽光谱响应、长期稳定性、抗干扰能力
详细描述
光电探测器在环境监测领域中常用于检测各种气体和化 学物质。宽光谱响应、长期稳定性和抗干扰能力是光电 探测器在环境监测领域应用中的关键性能参数。这些性 能参数确保了光电探测器能够准确、可靠地检测各种气 体和化学物质，从而为环境保护和监测提供了重要的技 术支持。
01
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（瓦特每安培）或 mA/W（毫瓦特每安培）。
详细描述
响应度是衡量光电探测器性能的重要参数，它表示光电探测器在单位入射光功 率下所产生的光电流大小。高响应度的光电探测器能够更好地检测微弱的光信 号，提高信号检测的灵敏度。
探测率
总结词
探测率表示光电探测器在单位噪声等效功率下的响应度。
详细描述
探测率是衡量光电探测器性能的重要参数，它综合考虑了响应度和噪声等效功率两个因素。高探测率 的光电探测器在低光功率下也能保持较高的响应度，从而提高信号检测的准确性。
线性动态范围
总结词
线性动态范围表示光电探测器的线性工作范围，即输入光功率与输出电流之间的关系。
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
光电探测器的性能参数
●但是仅根据探测率D还不能比较不同的光探测器的优劣，
这是因为如果两只由相同材料制成的光电探测器，尽管 内部结构完全相同，但光敏面积Ad不同，测量带宽不同， 则D值也不相同。
●为了能方便地对不同来源的光电探测器进行比较，需要
把探测率D标准化(归一化)到测量带宽为1Hz、光电探测 器光敏面积为1cm2。这样就能方便地比较不同测量带 宽、对不同光敏面积的光电探测器测量得到的探测率。
●如果对这些随时间起伏的电压(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)称为探测器的噪声电压(流)。
1．信噪比(S／N)
判定噪声大小通常使用信噪比这个参数。
●在负载电阻RL上产生的信号功率与噪声功率之比，
2 S IS IS 若用分贝(dB)表示，则为： ( N )dB 10lg I 2 20lg I N N
●定义为信号功率与噪声功率之比为1，
即 S／ N ＝ 1时，入射到探测器上的辐射通量 (单位为瓦)。即： e
NEP S/N
NEP在ENI单位为瓦时与之等效。
●一个良好的探测器件的NEP约为10–11W。
NEP越小，噪声越小．器件的性能越好。
4．探测率D与比探测率D*
●只用NEP无法比较两个不同来源的光探测器的 ●探测率D定义为NEP的倒数，即：
2．单色灵敏度
● 单色灵敏度又叫光谱响应度，用 Rλ 表示，是
光电探测器的输出电压或输出电流与入射到探 测器上单色辐射通量(光通量)之比。即 Vs Rλ v = (V ／ W) ( )
Rλ I=
Is ( )
Байду номын сангаас
(A / W)
式中， Φ (λ )为入射的单色辐射通量或光通量。 如果Φ (λ )为光通量，则Rλ v的单位为V／lm。
光电探测器性能测试方法研究
光电探测器性能测试方法研究随着科技的不断进步，光电探测器被广泛应用于光学通信、激光雷达、卫星遥感等领域。
因此，对光电探测器的性能进行测试显得尤为重要。
本文旨在探讨光电探测器的性能测试方法。
一、光电探测器性能的参数在进行性能测试时，需要了解光电探测器的相关参数。
常见的参数包括响应度、量子效率、噪声等。
响应度是光电探测器感光能力的指标，可以用来描述光电探测器对于光信号的响应。
响应度的计算公式为：R=I/P其中，R表示响应度，I表示光电流强度，P表示光功率。
量子效率是指光电转化率，即入射光子被探测器吸收并转化为电子的比例。
量子效率的计算公式为：η=hcλ/e其中，η表示量子效率，h表示普朗克恒量，c表示光速，λ表示波长，e表示元电荷。
噪声包括热噪声、暗电流噪声、光电转换噪声等，是光电探测器的一个重要性能指标。
热噪声是指在没有光照射的情况下，自然产生的光电流，其大小与环境温度有关。
暗电流噪声是指在没有光照射的情况下，光电探测器本身产生的光电流。
光电转换噪声是指光电探测器接收光信号后产生的电声转换噪声。
二、性能测试方法1.响应度测试方法光电探测器响应度测试需要使用光源发出一定功率和波长的光，过程中记录下相应的光电流强度，然后通过计算响应度来评估光电探测器的性能。
测试时需要注意光源的功率和光的波长，以确保测试结果的准确性。
2.量子效率测试方法量子效率测试需要使用一个标准光源。
测试时将光源的光线通过单色仪分成不同的波长段，然后通过光电探测器来测试不同波长下光电流的强度，进而计算出不同波长下的量子效率。
测试时需要注意确保光源的光线均匀、稳定，以避免测试结果的误差。
3.噪声测试方法噪声测试需要将光电探测器置于一个黑暗的环境中，然后记录下在没有光照射时的光电流强度，即暗电流强度。
通过计算暗电流强度和噪声系数，来评估光电探测器的噪声性能。
测试时需要注意避免干扰信号的出现，以确保测试结果的准确性。
三、结论本文介绍了光电探测器的常见性能参数以及性能测试方法。
光电探测器的性能分析与研究
光电探测器的性能分析与研究光电探测器是一种将光信号转换为电信号的设备。
它在现代生产、科研和日常生活中起着至关重要的作用。
光电探测器的性能对其探测能力和应用范围有着直接的影响。
在本文中，我们将对光电探测器的性能进行一定的分析和研究。
第一部分：光电探测器性能的参数指标光电探测器的性能指标通常包括探测度、响应速度、线性度、动态范围和噪声等。
其中探测度是这些指标中最为重要的，可以反映光电探测器对光信号的灵敏程度，其公式为：探测度=信噪比/光功率从公式中可以看出，光电探测器的信噪比和光功率对探测度有着直接的影响。
同时，响应速度也是光电探测器的重要指标之一，它反映了光电探测器对于光信号变化的快速响应能力。
线性度和动态范围则反应了光电探测器在不同信号强度下的输出特性。
第二部分：影响光电探测器性能的因素光电探测器的性能受到多种因素的影响，包括器件设计、光电转换效率、电子噪声等。
其中，器件设计的优化可以提高光电转换效率，从而提高光电探测器的探测度。
而电子噪声则是影响光电探测器最重要的因素之一，其可以通过优化电路和改进工艺等手段来减小。
此外，光电探测器的工作环境也会对其性能产生一定的影响。
如温度和湿度等环境因素对于光电探测器的稳定性和响应速度有着直接的影响。
在实际应用中，光电探测器的性能表现也与光源的波长、光学系统的设计参数和测量环境的实际情况等因素有关。
第三部分：光电探测器的性能测试光电探测器的性能测试是对其性能进行全面评估的关键步骤。
常见的测试方法包括暗电流测试、光响应测试和功率响应测试等。
其中，暗电流测试可以测试光电探测器在无光照射条件下的电流大小，反映光电探测器在零光信号下的噪声水平。
而光响应测试和功率响应测试则可以直接反映光电探测器对于光信号的性能表现。
在进行性能测试时，需要注重测试的环境和测试的参数设置等问题。
如测试环境需要保持恒定的温度和湿度等条件，参数设置需要根据不同的测试指标进行选择，以保证测试结果的准确性和可靠性。
2022高中物理竞赛重点知识点讲解课件：光电探测器的性能参数
电流灵敏度 电压灵敏度
Ri
di dP
i P
(线性区内)
(A/W )
R du u (线性区内) u dP P
(V /W )
光电探测器的性能参数
电流灵敏度
Ri
di dP
i P
(线性区内)
(A/W )
电压灵敏度
Ru
du dP
u P
(线性区内)
(V /W )
注：1.在线性区内，R定义为探测器输出信号与入射
通量阈Pth——探测器所能探测的最小光信号功率：
Ri
i P
pth
in Ri
(W ) in为暗电流(燥声)
噪声等效功率NEP——单位信噪比时所对应的入射光功率
NEP Pth Ps |is / in 1 (W )
(4 44)
Pth 和NEP等效, 其值越小，探测能力越强。
光电探测器的性能参数 六、探测度D与归一化探测度D*
光电探测器的性能参数
光电探测器的性能参数
一套科学反映探测器性能的共同指标，用于评价 探测的优劣,比较不同探测器之间的差异,从而根据不 同的需要选择和正确使用光电探测器.
一、积分灵敏度（响应度）R
光电流i（或光电压u）和入射光功率P之间的关系
i=i(P)称为探测器的光电特性。灵敏度R定义为光电 特性曲线的斜率：
P / h
I c h
eP
h
e
Ri
h
e
D
(4 40)
Ic是入射光产生的平均光电流;P是入射到探测器上 的光功率. Ri为积分灵敏度. D为光电转换因子.
越高越好, 实际光探测器一般有 <1。 有内部增益机制的光探测器 >1。 (如:光电倍增管、雪崩光电二极管)
【精编】第十一讲光电探测器的性能参数介绍PPT课件
光电倍增管
本讲主要内容
一、积分灵敏度R 二、光谱灵敏度Rλ 三、频率灵敏度Rf 四、量子效率η 五、通量阈Pth 六、噪声等效功率NEP 七、归一化探测度D*
31
一、积分灵敏度R
灵敏度也常称作响应度，是光电探测器光电转换特 性，光电转换的光谱特性以及频率特性的量度。
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。
i F (u, P, , f )
以u，P，λ为参变量，i＝F（ f ）的关系称为光电频率特性，相应曲
线称为频率特性曲线。 i=F (P)及曲线称为光电特性曲线。 i＝F (λ)及其曲线称为光谱特性曲线。
i＝F (u)及其曲线称为伏安特性曲线。
一旦曲线给出，灵敏度R值就可从曲线中求出，还可以利用伏安特性 等曲线来设计探测器的使用电路。
量子效率 通量阈 噪声等效功率 归一化探测度
物理描述
光电转换特性的量度
对某一波长光电转换的量度 电流随调制频率变化的量度 吸收的光子数和激光的电子数之比 探测器所能探测的最小光信息功率 单位信噪比时的信号光功率
表达式
Ri
di dp
i p
Ru
du dp
u p
R
i dP
Rf
if p
h
e
Ri
Pth
in Ri
光电鼠标灵敏度
30
一、积分灵敏度R
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) 或微安/流明
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。
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。
4.2 光电探测器的性能参数
27
通常给出的是相对光谱灵敏度Sλ定义为
S R / Rm
Rλm是指Rλ的最大值， 的最大值 Sλ为无量纲，随 为无量纲 随λ变化的曲线称为光谱灵敏度曲线。 变化的曲线称为光谱灵敏度曲线 引入相对光谱功率密度函数 它的定义为 引入相对光谱功率密度函数，它的定义为
f ' P ' P 'm
h Ri e
对某一波长来说 其光谱量子效率 ： 对某一波长来说，其光谱量子效率
hc R i e
c是材料中的光速。量子效率 是材料中的光速。量子效率正比于灵敏度而反比于波长。 比于灵敏度而反比于波长。
17
量子效率:内量子效率、外量子效率和外微分量子效率。 (1)功率效率
p
SNR is in
(电流信噪比) (电压信噪比)
Ps
i ( SNR ) i 1
SNR
us un
于是有 ：
NEP
Pth
in is i i Ps s n R i is R i is SNR
NEP越小，表明探测微弱信号的能力越强。所以NEP是描述光电探测 器探测能力的参数。
表达式
di i Ri p p dp
单位
安/瓦 伏/瓦 安/瓦 安/瓦
Ru
du u dp p
R
R
f
i dP
p
if
h Ri e i P th n Ri NEP P s SNR
瓦
i 1
瓦 厘米.赫兹1/2/ 瓦
D
*
A f / NEP
光敏电阻光电二极管光电池参数物理描述表达式单位积分灵敏度光电转换特性的量度dpdi积分灵敏度光电转换特性的量度光谱灵敏度对某一波长光电转换的量度dpdu频率灵敏度电流随调制频率变化的量度量子效率吸收的光子数和激光的电子数之比通量阈探测器所能探测的最小光信息功率噪声等效功率单位信噪比时的信号光功率nep归一化探测度与噪声等效功率成倒数光敏面积和噪声功率有关厘米
光电检测器的特性参数
还要考虑探测器的稳定性、测量精度、 测量方式等等
作业：
1、一光电探测器，其噪声等效功率
NE 5P 10 1W 0 /H12z，光敏面积 Ad 0.5cm2 ，
测量带宽 f 1kHz ，试计算此光探测器的
探测率D和归一化探测度D*
2、波长 1.3m的光辐射入射到量子效 率 0.2 的光探测器上，当入射的平均
量子效率η:表示探测器单位时间内激发
的电子数和吸收的光子数之比。
这里给出量子效率和灵敏度关系： h C R S
又有光谱量子效率
：
hC q
S
q
量子效率正比于灵敏度而反比于波长。
三、线性度
探测器的输出光电流(或光电压〕 与输入光功率保持线性关系的程度和 范围。在这个范围内，探测器件的响 应度是常数，这一规定的范围就称为 线性区。
〔3〕噪声等效功率〔NEP〕
最小可探测功率Pmin
定义：信号功率与噪声功率之比为1〔即S/N=1〕 时，入射到探测器件上的辐射通量〔单位为瓦〕
NEP e S/N
NEP=ENI 条件：ENI的单位为瓦
一个良好的 探测器件的 NEP约为10-
11W
NEP越小，噪声越小，器件的性能越好。
〔4〕探测率D与归一化探测度D*
几乎在所有探测器中都存在这种噪声。它主要 出现在大约1KHz以下的低频频域，而且与光辐射的 调制频率f成反比，故称为低频噪声或1/f 噪声。
实验发现，探测器外表的工艺状态(缺陷或不均 匀等)对这种噪声的影响很大，所以有时也称为外表 噪声或过剩噪声。
1/f 噪声的经历规律为 ：un2in2 KKf fIIR ffff
光电探测器的性能参数
光电管、光敏电阻、光电二极管、光电 倍增管、光电池、四像限探测器、热电偶、 热敏电阻、热释电探测器等。
物理效应不同：光电效应（外光电效 应和内光电效应）、光热效应。
光电探测器的性能参数主要有：
1 量子效率η 2 响应度R 3 光谱响应度R(λ) 4 频率响应度R(f) 5 噪声等效功率NEP 6 探测度D和归一化探测度D*等
定义：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
D*
1 NEP*
D ( Ad f
)1/ 2
D*越大的探测器其探测能力越强。
七、其它参 数
光电探测器还有其它一些参数，在使用时 必须注意到。如：
1、暗电流：指没有信号和背景辐射时通过探 测器的电流。
2、光敏面积：指灵敏元的几何面积。
3、探测器电阻、电容。
4、工作电压、电流、温度。
R(f)随f的升高而下降，下降的速度与响应时间 的大小有关。一般规定R(f)下降到：
R( f ) R0 2 0.707R0
时的频率fc为探测器的响应
截止频率。
fc
1
2
1
2RC
R( f )
R 0
0.707R 0
R( f ) 1/ f
0
f 1 C 2
f
图3 光电探测器的频率响应曲线
五、噪声等效功率
噪声等效功率(NEP)是描述光电探测器探测能
力的参数。 定义：单位信噪比时的入射光功率。表达式为
NEP P Vs / Vn
NEP 越小，噪声越小，探测器探测能力就越强。
六、探测度D与归一化探测 度D*
1.探测度D 为噪声等效功率的倒数，即
D 1 NEP
4-2光电探测器偏置电路g
KT = 25.8 26mV q
利用上式，可在已知Φ、Voc时，计算另一 Φˊ下的 Vocˊ
1.无偏置的光电池电路：
Ip
I Id
RL
光电池等效电路
Iφ1
RL < RLs
RLs
φ0
Q
φ2
RL > RLs
V
tg 1GLV1
VQ V2
光电池伏安曲线
•由伏安曲线，对于给定的Φ0，只要选定RL，工作点就能由负 载线与光电池相应伏安曲线的交点决定。该点的IQ 和VQ 即为 RL上的输出值。
2.交流等效电路
光子流速率微变引起的电流变化：
e
I
D
=
e
Ad N
+ kT
I
0 exp(eVD /
kT
)ΔVD
+
Gsh ΔVD
iD = i ph + ( gd + Gsh )vD
其中：交变光电流 iph = eη Ad ΔN
动态电导
e gd = kT I 0 exp(eVD / kT )
iD
5）计算输出功率
P
=
ΔI
ΔV
=
Gb
ΔV
2
=
GbS(ΔΦ
2
)
G + Gb
（二）光生电势型探测电路的静态计算
电流－电压特性方程 qV
I = I p I d (expKT 1)
Ip
Id I
C V
I p = φ 光电流
光电池等效电路
Id ：与温度有关的二极管结电流
开路电压
Voc =
ln( KT + 1)I pIp >> I d
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25
二、光谱灵敏度Rλ
式中 并注意到 由此便得 式中
0
f ' d '
1 P ' m
0
P ' d ' P/ P 'm
0
s f ' d '
Rim Rm d
1.0
f '
0
S f ' d '
i R Rm dK Rim K P S f ' d '
D D
(cm Hz / W)
1 2
称为归一化探测度。
这时就可以说：D*大的探测器其探测能力一定好。 考虑到光谱的响应特性，一般给出D*值时注明响应波长λ、光辐射 调制频率f及测量带宽Δf，即D*(λ, f ,Δf )。
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
光电池
6
光电检测器件的性能参数
参数
积分灵敏度 光谱灵敏度
物理描述
光电转换特性的量度 对某一波长光电转换的量度
表达式
di i Ri dp p
单位
安/瓦
伏/瓦 安/瓦 安/瓦
Ru
du u dp p
R
Rf
i dP
p
频率灵敏度
量子效率 通量阈
电流随调制频率变化的量度
28
二、光谱灵敏度Rλ
光功率谱密度Pλ由于光电探测器的光谱选择性，在其它条件下不变 的情况下，光电流将是光波长的函数，记为iλ，于是光谱灵敏度Rλ定义 为 i R dP Rλ是常数时，相应探测器称为无选择性探测器(如光热探测器)，光子探 测器则是选择性探测器。
27
二、光谱灵敏度Rλ
e
对某一波长来说，其光谱量子效率 ： hc Ri e c是材料中的光速。量子效率正比于灵敏度而反比于波长。
17
四、量子效率η
量子效率:内量子效率、外量子效率和外微分量子效率。 (1)功率效率
p
激光器辐射的光功率 pex ＝ 激光器消耗的电功率 Vj＋I 2 R s
半导体激光器把电功率转化为光功率发射出去，用功率效率和量子效
3
1、了解半导体光电探测器的发展及应用。
《光电子技术》
Photoelectronic Technique
光电探测器的性能参数 周自刚
Laser Laser
光电探测器
夜色降临，海面上有一无形的，视而不见，触而不觉的哨兵--红外 激光探测器监视着海面，当有不速之客到来，光线挡断，光电探测器探 测不到激光而进行声光报警。
光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近 红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红 外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。 （1）如何衡量一个光电探测器的质量好坏？ （2）选择一个好的光电探测器需要注意哪些关键指标？
22
三、频率灵敏度Rf
例如： 德国Advanced Laser Diode Systems公司提供带宽可达35GHz、 响应频率范围覆盖400nm到1.6 μm 的高速光电二极管。该光电二极管采用 MSM（金属-半导体-金属）的结构，具有非常低的电容、电阻，因而具有 极高的响应速度。其冲击响应振荡极小，常适于高速光源时间或频率特性 探测。
N ex P / h ex Nn I / e0
N ex为激光器每秒发射的光子数；N 为激光器每秒注入的电子-空 式中， n 穴对数。
14
四、量子效率η
(4)外微分量子效率: P－I 特性曲线的线性部分的斜率
( pex pth )
D
( I I th )
h
e0
当 P ex >>
P th 时，
吸收的光子数和激光的电子数之比 探测器所能探测的最小光信息功率
if
噪声等效功率
归一化探测度
单位信噪比时的信号光功率
与噪声等效功率成倒数、光敏面积和噪声功率有关
h Ri e in P th Ri NEP P s SNR i 1
瓦 瓦
D*
1/2 Af / NEP 厘米.赫兹 / 瓦
P s P b
内部 噪声 光电 效应 电流 增益
is
输出 信号加 噪声
in
11
六、噪声等效功率NEP
例：若Ri=10μA/μW，in=0.01μA，则通量阈Pth＝0.001μW。即小于0.001微瓦的信号 光功率不能被探测器所得知，所以，通量阈是探测器所能探测的最小光信号功率。 采用另一种更通用的表述方法，这就是噪声等效功率NEP（Noise Equivalent Power） 。它定义为单位信噪比时的信号光功率。信噪比SNR定义为
率来衡量激光器转换效率的高低。
功率效率定义为
p P ex / P in
P 为注入的电功率。 ex 为辐射的光功率； P in
16
四、量子效率η
(2)内量子效率
i＝
有源区里每秒钟产生的光子数 有源区里每秒钟注入的电子－空穴对数
内量子效率定义为
i Np / Nn-p
N n-p 式中， N为有源区内每秒产生的光子数； 为有源区内每秒注入的电子p
通常给出的是相对光谱灵敏度Sλ定义为
S R / Rm
Rλm是指Rλ的最大值，Sλ为无量纲，随λ变化的曲线称为光谱灵敏度曲线。 引入相对光谱功率密度函数，它的定义为
f ' P ' P 'm
26
二、光谱灵敏度Rλ
只要注意到 和 就有 积分上式，有
dP ' P ' d '
空穴对数。 由于有源区内电子-空穴的复合分为辐射复合和非辐射复合，
辐射复合后发射光子，非辐射复合的能量以声子形式释放，转换为晶格 的振动。
15
四、量子效率η
(3)外量子效率
激光器每秒钟发射的电子数 ex＝ ＝ 激光器每秒钟注入的电子－空穴对数 pex I h e0
定义外量子效率ex为
ex
5
1、光电探测器的特性的微观量-宏观量描述是 什么？ 量子效率
h Ri e
单位时间单位光量子数产生的光电子数。 就是等量子光谱响应曲线中用光电子数代替电流或电压。
4
2、光电信息转换器件的主要特性：
知识巩固
1．光电特性 ―─ IФ [光电流]＝F（Ф）[光通量] 2．光谱特性 ―─ IФ [光电流]＝F（λ）[入射光波长] 3．伏安特性 ―─ IФ [光电流]＝F（Ｕ）[电压] 4．频率特性 ―─ IФ [光电流]＝F（f）[入射光调制频率]
10
七、归一化探测度D*
NEP越小，探测器探测能力越高，不符合人们“越大越好”的习惯， 于是取NEP的倒数并定义为探测度D，即
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。
29
一、积分灵敏度R
灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即
di i Ri dP P
(线性区内) (安/瓦)
Ru
du u dP P
有些教材 采用微安 /流明
(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。
23
三、频率灵敏度Rf
频率灵敏度
Rf R0 1 (2f ) 2
这就是探测器的频率特性，R f随f 升高而下降的速度与τ值大小关系很大。 一般规定，R f下降到
R0 / 2 0.707 R0
频率fc为探测器的截止响应频率和响应频率。 1 f 从上式可见： c 2 当f<fc时，认为光电流能线性再现光功率P的变化。 如果是脉冲形式的入射光，则更常用响应时间来描述。
19
四、量子效率η
量子效率：在某一特定波长上，每秒钟内产生的光电子数与入射光量 子数之比。 对理想的探测器，入射一个光量子发射一个电子， =1 实际上， <1 量子效率是一个微观参数，量子效率愈高愈好。
18
四、量子效率η
如果说灵敏度R是从宏观角度描述了光电探测器的光电、光谱以及频率 特性，那么量子效率η则是对同一个问题的微观—宏观描述。 e h dn dn光 电 i ( t ) P ( t ) Ri hv e dt dt h Ri 这里给出量子效率和灵敏度关系
光电倍增管
本讲主要内容
一、积分灵敏度R 二、光谱灵敏度Rλ 三、频率灵敏度Rf
四、量子效率η
五、通量阈Pth 六、噪声等效功率NEP 七、归一化探测度D*
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一、积分灵敏度R
灵敏度也常称作响应度，是光电探测器光电转换特性，光电转换的 光谱特性以及频率特性的量度。
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。
di i d
dP ' 变化量
di S Rm P 'm f ' d 'd
i di [ S Rm P 'm f ' d ' ] d
0 0