第四章 光电探测器概述PPT课件

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。
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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
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）。
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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。
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。
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：
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
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
Rvቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
VS
()
RI
IS
()
积分响应度
(V / W) (A / W)
R = 1 0 R ()d ()d 0
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。
➢ 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
>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。
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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；
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)
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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。
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。
电荷耦合器件（CCD）
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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
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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;
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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。
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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＊
D 1 V S/V N （ W -1 ） N EP P
D * N A E d P f V S P /V N A d f ( c m H z 1 /2 W 1 )
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＊
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
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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。