第四章 光电探测器概述PPT课件

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>阴极材料的
典型器件:真空光电管,充气光电管,光电倍增管 (可检测极微弱光辐射信号);
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 半导体禁带宽度Eg;
>本征
光敏电阻:硫化镉 CdS,硒化镉CdSe,用于可见光范 围;
第三章 光电探测器概述
光电探测器概述
发展简况与分类 光电探测器性能参数 噪声的统计特性 光电探测器的噪声
发展简介与分类
发展简述(一)
热探测器:最早出现
1826 : 热电偶 1880 :金属薄膜测辐射计 1946 :金属氧化物热敏电阻测辐射热计。 特点:① 探测率低,② 时间常数大
其 中 :
0R d IS 1 0IS()d 1 0R ()d
光电探测器的性能参数
一、有关响应方面的性能参数
响应时间:当入射辐射到光电探测器后或入射 辐射遮断后,光电探测器的输入上升到稳定值 或下降到照射前值所需要的时间。
频率响应:光电探测器的响应随入射辐射的调 制频率而变化的特性称为频率响应。
N
PN
IN2 R L
IN2
S N
d B
1 0 lg
IS2 IN2
2 0 lg
IS IN
光电探测器的性能参数
二、有关噪声方面的参数
等效噪声输入(ENI)
器件在特定带宽内(1Hz)产生的均方根信号电流 恰好等于均方根噪声电流值时的输入通量,此 时,其它参数,如频率温度等应加以规定。
在确定光电探测器件的探测极限时使用。
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:
发展简介与分类
发展简述(二)
光子探测器:发展较早,技术最成熟
特点 :应用广泛,波长范围从紫外到红外。 种类:光电倍增管,光电二极管,铅锡、Ⅲ-V族
化合物、锗掺杂三元合金等。
发展简介与分类
发展简述(三)
从单个探测器向阵列(线阵和面阵)光辐射探测器发 展;
集成化方向的发展:把光电探测器,场效应管(FET) 置于一个基片上,如PIN,体积小,性能好,成本低, 稳定性高;
光电探测器的性能参数
二、有关噪声方面的参数
噪声等效功率(NEP) -最小可探测功率
NEP e S/ N(=1)
探测率D和比探测率D*
发展简介与分类
一、测辐射温差热电偶和热电堆
温差电效应:当由两种不同材料制成的两个结点出现 温差时,在该两点间就有电动势产生,通过这两点的 闭合回路中就有电流流过。
温差电效应包括:
• 塞贝克效应; • 珀耳帕效应; • 汤姆逊效应。
发展简介与分类
二、电阻测辐射热器
当吸收光辐射而温度升高时,金属的电阻会增加,而
测量响应率的辐射源一般是500K的黑体; 如果使用波长单色辐射源,则称为单色响应率; 可见光波段称为光电探测器的灵敏度
光电探测器的性能参数
一、有关响应方面的性能参数
单色灵敏度
Rv
VS
()
RI
IS
()
积分响应度
(V / W) (A / W)
R = 1 0 R ()d ()d 0
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)。
发展简介与分类
三、光伏特探测器
产生条件:本征光伏效应为主,半导体受h 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。
半导体材料电阻会降低。利用材料的电阻变化 制
成的热探测器。
电阻温度系数: T
1 R
dR dT
• 和材料的种类和温度有关;
• 描述R时温度变化灵敏度的基本参数;
• 金属R=BT(B是比例系数)
发展简介与分类
三、热释电探测器
由热释电晶体制成。所谓热释电晶体,是指它们具有 自发电极化的特性,其自发电极化强度随温度升高而 下降。
➢ 表征:同时间常数 RC,它决定了光电探测器频
率响应的带宽
光电探测器的性能参数
二、有关噪声方面的参数
探测器具有固有噪声,这些噪声的时间平均值为零, 但其均方根不为零,这个均方根电压(电流)称为探 测器的噪声电压(流)。
信噪比(S/N):在负载电阻RL上产生的信号功率与噪
声功率之比
S PS IS2 R L IS2
发展简介与分类
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 E 0 o ( 长 波 限 )
o, P一定时,越短,光子数越少
发展简介与分类
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。
光电探测器的性能参数
二、有关噪声方面的参数
噪声等效功率(NEP) -最小可探测功率
NEP e S/ N(=1)
探测率D和比探测率D*
D 1 V S/V N ( W -1 ) N EP P
D * N A E d P f V SБайду номын сангаасP /V N A d f ( c m H z 1 /2 W 1 )
电荷耦合器件(CCD)
发展简介与分类
探测器分类(一)
光子探测器 ➢ 材料:半导体 ➢ 效应:入射光子和材料电子发生各种相互作用的光 电子效应
外光电效应:光电子发射效应 内光电效应:光电导效应,光生伏特效应,光电磁效应
发展简介与分类
一、光电子发射探测器
产生条件:当入射光子能量 hc / 逸出功时;
特点:
• T升高,自发极化强度下降; • T=TC,自发极化强度=0→极化晶体发生相变或退极化。 • TC叫居里温度,晶体不同, TC也不同
发展简介与分类
热探测器的特点
对一切波长都具有相同的响应,是非选择性探 测器;
工作时一般无需致冷(低温测辐射探测器除 外);
响应时间长,大小取决于热电探测器热容量的 大小和散热的快慢。
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