光电检测课程总结

1.光电检测技术的特点

高精度：从地球到月球激光测距的精度达到1米。

高速度：光速是最快的。

远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。

非接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进行测量。

寿命长：光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高，对被测物无形状和大小要求。

数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能力。

2.简述本征吸收、杂质吸收。

本征吸收:电子从价带激发到导带引起的吸收称为本征吸收, 当一定波长的光照射到半导体上时，电子吸收光后能从价带跃迁入导带，显然，要发生本征吸收，光子能量必须大于半导体的禁带宽度Eg。

杂质吸收:由光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损耗

(二章38-43)3.外光电效应、内光电效应、光伏效应

外光电效应：固体受光照后从其表面逸出电子的现象称为光电发射效应或外光电效应。当金属或半导体受到光照射时，其表面和体内的电子因吸收光子能量而被激发，如果被激发的电子具有足够的能量，足以克服表面势垒而从表面离开，产生了光电子发射效应。被光逸出的电子称为光电子,基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。

内光电效应：物质受到光辐射的作用后，内部电子能量状态产生变化，但不存在表面发射电子的现象。

(二章57）光伏效应：又称光生伏特效应，是指由内建电场形成势垒，此势垒将光照产生的电子空穴对分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，产生光生电动势的效应。

(二章91-112)4.简述光电探测器的特性参数。

响应特性、噪声特性、量子效率、线性度、工作温度

响应度（或称灵敏度）：是光电探测器输出信号与输入光功率之间关系的量度。描述的是光电探测器件的光电转换效率(响应度是随入射光波长变化而变化的,响应度分电压响应率和电流响应率)[电压响应度:光电探测器件输出电压与入射光功率之比;电流响应度:光电探测器件输出电流与入射光功率之比;光谱响应度：探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入射的单色光功率之比;积分响应度：检测器对各种波长光连续辐射量的反应程度;响应时间：响应时间τ是描述光电探测器对入射光响应快慢的一个参数(上升时间：入射光照射到光电探测器后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间。);频率响应：光电探测器的响应随入射光的调制频率而变化的特性称为频率响应]

噪声特性:在一定波长的光照下光电探测器输出的电信号并不是平直的，而是在平均值上下随机地起伏，它实质上就是物理量围绕其平均值的涨落现象[光电探测器常见的噪声：热噪声、散粒噪声、产生-复合噪声、1/f噪声]

工作温度：工作温度就是指光电探测器最佳工作状态时的温度。光电探测器在不同温度下，性能有变化。

5.光子器件和热电器件的区别

光子器件：响应波长有选择性，一般有截止波长，超过该波长，器件无响应。响应快，吸收辐射产生信号需要的时间短，一般为纳秒到几百微秒。

热电器件：响应波长无选择性，对可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感，响应慢，一

般为几毫秒。

(三章)6.光电池有哪些参数？它们的含义是什么？

结构：光电池实质是一个大面积PN结，上电极为栅状受光电极，下电极是一层衬底铝。

原理：当光照射PN结的一个面时，电子--空穴对迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关的电动势。一般可产生0.2V～0.6V 电压、50mA电流。

1.光照特性

1.1硅光电池的伏安特性：表示输出电流和电压随负载电阻变化的曲线。

1.2照度-电流电压特性：

光电池的短路光电流Isc与入射光照度成正比，而开路电压UOC 与光照度的对数成正比；在光照度一定时，UOC与受光面积的对数成正比，短路电流Isc与受光面积成正比。

1.3照度-负载特性：光照增加到一定程度后，输出电流非线性缓慢地增加，直至饱和，并且负载电阻越大，越容易出现饱和，即线性范围较小。因此，如欲获得较宽的光电线性范围，负载电阻不能取很大。

注：不同照度时的伏安特性曲线，一般硅光电池工作在第四象限。若硅光电池工作在反偏置状态，则伏安特性将延伸到第三象限

2.光谱特性

光电池对不同波长的光灵敏度不同；硅光电池的光谱响应峰值在0.8 μm附近，波长范围0.4～1.2μm。硅光电池可在很宽的波长范围内应用；硒光电池光谱响应峰值在0.5μm附近, 波长范围0.38～0.75μm。

3. 频率特性

频率特性指光电池相对输出电流与光的调制频率之间关系。硅光电池频率响应较好，硒光电池较差。所以高速计数器的转换一般采用硅光电池作为传感器元件。

对同一材料光电池，负载大时频率特性变差，减小负载可减小时间常数τ，提高频响。但是负载电阻RL的减小会使输出电压降低，实际使用时视具体要求而定。

（ⅰ）要得到短的响应时间，必须选用小的负载电阻；（ⅱ）光电池面积越大则响应时间越大

总的来说，由于硅光电池光敏面积大，结电容大，频响较低。

4.温度特性

光电池的温度特性曲线主要指光照射时它的开路电压Voc与短路电流Isc随温度变化的情况。开路电压Voc随着温度的升高而减小，其值约为2～3mV／oC；短路电流I sc 随着温度的升高而增大，但增大比例很小，约为10-5～10-3mA/oC数量级。

5.稳定性

当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理时,光电池的性能是相当稳定的,使用寿命也很长。硅光电池的性能比硒光电池更稳定。光电池的性能和寿命除了与光电池的材料及制造工艺有关外，在很大程度上还与使用环境条件有密切关系。7.简述PIN探测器的工作原理。PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管，在两种半导体之间的PN结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。

工作原理

在上述的光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征（Intrinsic）半导体，故称I层，因此这种结构成为PIN光电二极管。I层较厚，几乎占