第十一讲 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
光电探测器探测性能多参数分析
光电探测器探测性能多参数分析光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的设备，广泛应用于光通信、光电子学、生物医学等领域。
光电探测器的探测性能对于其应用效果具有重要影响，因此准确分析和评估光电探测器的性能参数是必不可少的。
1. 灵敏度光电探测器的灵敏度是指能够探测到的最小光功率。
通常用单位面积功率密度来表示。
灵敏度越高，意味着该探测器在较弱的光信号条件下仍能正常工作。
灵敏度的高低取决于光电探测器的设计及其所采用的材料。
一种常见的评估指标是光电探测器的响应度。
2. 噪声等效功率噪声等效功率指的是在光电探测器工作状态下，由于设备本身所产生的噪声引入到输出信号中的功率。
噪声等效功率是光电探测器性能的重要参数之一，能够影响到信号与噪声的比值，从而影响信号的清晰度和精确度。
3. 响应时间响应时间是光电探测器从光信号到电信号的转换所需的时间。
这个时间对于对时间精度要求比较高的应用非常重要，如高速通信和光纤通信。
较快的响应时间有助于光电探测器更快地对光信号进行处理和传输。
4. 波长响应特性波长响应特性是指光电探测器对不同波长的光源的响应能力。
由于不同波长的光源具有不同的能量和频率特性，因此光电探测器在不同波长下的响应特性可能有所差异。
光电探测器的波长响应特性需要与具体应用需求匹配。
5. 饱和光功率饱和光功率是指使光电探测器输出信号达到最大值所需输入光功率。
饱和光功率与灵敏度相关，可以用来评估光电探测器的动态范围。
较高的饱和光功率可以使光电探测器在高强度光信号条件下工作稳定。
6. 线性范围光电探测器的线性范围指的是输入光功率的变化范围，使得其输出信号与输入信号之间呈现线性关系。
较宽的线性范围意味着光电探测器能够适应更大范围的输入光功率变化，从而提高测量的精确性和可靠性。
以上介绍的参数只是光电探测器性能分析中的一小部分，还有一些其他的性能指标也是需要考虑的，如扩散响应、非线性特性等。
在实际应用中，根据具体的需求选取相应的参数进行分析和评估是非常重要的。
光电探测器的物理基础性能指标噪声
精品文档
2
1.辐射源的光谱分布
➢ 很多光电探测器（特别是光子探测器），其响 应是辐射波长的函数。仅对一定的波长范围内 的辐射有信号输出，称为光谱响应，它决定了 探测器探测特定目标的有效程度。在说明探测 器的性能时，一般都需要给出测定性能时所用 辐射源的光谱分布。
➢ 如果辐射源是单色辐射，则需给出辐射波长。 假如辐射源是黑体，那么要指明黑体的温度。
精品文档
13
5.频率响应
入射光辐射的频率对光电探测器的响应将会有较大的影响。 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。利用时间常数可得到光电探测器响应度与入射辐射调 制频率的关系，其表达式为：
R(f)
R0
1
[1(2f)2]2
R为(f频) 率是 时的f 响应度；
R0为频率是零时的响应度；
光子噪声 探测器 噪 声精品文档
电路噪声
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(1)来自被研究系统的外部
➢通常由电、磁、机械、杂散光等因素所引起，这 种干扰绝大多数是“人为的”，如 ➢●电源50H z干扰； ➢●工业设备电火花干扰等。 ➢但这种干扰多具有一定规律性。 ➢采取适当的措施(如屏蔽、滤波、远离噪声源等) 可以将其减小或消除。
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9
2．单色灵敏度
1）如果使用波长为λ的单色辐射源，则称为单色响应率或
单色灵敏度，又叫光谱响应度，用Rλ表示，
2）定义：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。
(V/W)
RV
Vs
()
(A/W)
R I
Is
()
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Rλv的单位为V／lm。
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。
第十一讲--光电探测器的性能参数
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。
7
其它参数
在使用时必须还考虑光敏面积，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
光电池
6
光电探测器的性能参数对比表
参数
积分灵敏度
光谱灵敏度 频率灵敏度
29
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
R
i 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。
28
二、光谱灵敏度Rλ
通常给出的是相对光谱灵敏度Sλ定义为
《光电子技术》
Photoelectronic Technique
光电探测器的性能参数
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？
光电探测器性能的参数(精)
光电探测器性能的参数
表征光电探测器性能参数主要有：量子效率、响应度、频率响应、噪声和探测度等。
其中量子效率和响应度表征了光电探测器将入射光转换成光电流本领的大小，频率响应表征了光电探测器工作速度的快慢，噪声和探测度表征了光电探测器所能探测到最小的入射光能量。
表征光电探测器性能参数主要有：量子效率、响应度、频率响应、噪声和探测度等。
其中量子效率和响应度表征了光电探测器将入射光转换成光电流本领的大小，频率响应表征了光电探测器工作速度的快慢，噪声和探测度表征了光电探测器所能探测到最小的入射光能量。
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45658
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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。
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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。
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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
光电探测器的性能参数
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
2.归一化探测度D*
由于D与探测器的面积Ad 和放大器带宽 Δf乘积的平方根成正比，为消除这一影响，
定义：
D*
1 NEP*
D ( Ad f
)1/ 2
D*越大的探测器其探测能力越强。
化的性能参数。其表达式为：
R(
f
)
[1
R0
(2f
)2
]1/
2
式中R(f)为频率为f 时的响应度；R0为频率为
零时的响应度；为探测器的响应时间或称时 间常数,由材料和外电路决定。
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
光电探测器的性能参数
光电管
光敏电阻
光电池
光电二极管 四像限光电探测器 热释电探测器
光电探测器是指能把光辐射能量转换为一种 便于测量的物理量的器件。
常见的光电探测器有:
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。
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
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。
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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)
光电探测器的性能参数PPT课件
●实验测量和理论分析表明，对于许多类型的光电探
测器来说，其噪声电压VN与光电探测器光敏面积Ad 的平方根成正比，与测量带宽的平方根成正比。
●因此将VN除以 Adf ，则D就与Ad和带宽无关了。
即： Rv＝Vs／P (V／W)
RI＝Is／P (A／w) Rv和RI称为光电探测器的电压响应率和电流响应率。 测量响应率的辐射源一般是500K的黑体。
使用波长为λ的单色辐射源，则称为单色响应率Rλ ●在可见光波段，光电探测器的响应率又称为光电探测
器的灵敏度，并分为单色灵敏度和积分灵敏度。
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2．单色灵敏度
（最小可探测功率Pmin）
●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： NEP e
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。
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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
Is ()d
0 1
R
(
)d
可得积分响应度为：
R
0 1
R ( )d
0 ( )d
1Leabharlann 式中，0 、1 、分别为光电探测器的长波限和短波 限。由于采用不同的辐射源，甚至具有不同色温 的同一辐射源所发生的光谱通量分布也不相同， 因此提供数据时应指明采用的辐射源及其色温。
优劣。为此．引入两个新的性能参数——探测 率D和比探测率D*
●探测率D定义为NEP的倒数，即：
D 1 Vs /VN NEP P
（W-1）
显然，D愈大，光电探测器的性能就愈好。
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采用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
is in u SNR s un SNR
(电流信噪比)
(电压信噪比)
11
六、噪声等效功率NEP
in is is in Ps NEP Pth Ps Ri is Ri is SNRi ( SNR )
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。
光纤耦合
自由光输入
22
三、频率灵敏度Rf
当探测器对突然光照的输出电流，要经过一定时间才能上升到与这
一辐射功率相应的稳定值i。
当辐射突然降去后，输出电流也需要经过一定时间才能下降到零。
1/ 2
Ri
di i dP P
13
五、通量阈Pth
光功率Ps和Pb分别为信号和背景光功率。 即使Ps和Pb都为零，也会有噪声输出。 噪声的存在，限制了探测微弱信号的能力。 如果信号光功率产生的信号光电流 is等于噪声电流 in，那么就认为刚刚 能探测到光信号存在。 定义探测器的通量阈Pth为
(4)外微分量子效率 P－I 特性曲线的线性部分的斜率
N ex ( Pex Pth ) / h D Nn ( I I th ) / e0
当 P ex >> P th 时，
D
Pex / h ( I I th ) / e0
对应P-I 曲线阈值以上线性部分的斜率，是衡量LD 效率的重要指标。
7
其它参数
在使用时必须还考虑光敏面积，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
光电池
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光电探测器的性能参数对比表
参数
积分灵敏度 光谱灵敏度 频率灵敏度 量子效率 通量阈 噪声等效功率
一般而论，上升和下降时间相等，时间常数近似地决定于
fc
1 2
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三、频率灵敏度Rf
光电流是两端电压u、光功率P、光波长λ和光强调制频率f的函数，即
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
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
27
二、光谱灵敏度Rλ
只要注意到 和
dP ' P ' d '
di i d
dP ' 变化量
就有
积分上式，有
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
di i Ri dp p
单位
安/瓦 伏/瓦 安/瓦 安/瓦
Ru
du u dp p
R
Rf
i dP
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。
量子效率包括内量子效率、外量子效率和外微分量子效率。
4
知识巩固
2、光电探测器的主要特性包括哪些？
答：主要有 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]
14
五、通量阈Pth
从灵敏度R的定义式 可见，如果P＝0 → i=0 实际情况是，当P＝0时，光电探测器的输出电流并不为零。 这个电流称为暗电流或噪声电流，记为 i (i 2 ) n n 它是瞬时噪声电流的有效值。 显然，这时灵敏度R巳失去意义，我们必须定义一个新参量来描述光电 探测器的这种特性。
29
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。
28
二、光谱灵敏度Rλ
通常给出的是相对光谱灵敏度Sλ定义为
0
26
二、光谱灵敏度Rλ
式中
0
f ' d '
1 P ' m
0
P ' d ' P / P 'm
并注意到 由此便得 R
式中
Rim Rm d
i Rm dK Rim K 1.0 P S f ' d '
0
S
0
s f ' d '
f 'ຫໍສະໝຸດ 0f ' d '
K
0
f ' d '
称为光谱利用率系数，为入射光功率能被响应的百分比。
25
三、频率灵敏度Rf
若入射光是强度调制，在其它条件不变下，光电流 if 将随调频 f 的升 高而下降，这时的灵敏度称为频率灵敏度Rf 定义为
Rf
if P
i
f 0
if 是光电流时变函数的付里叶变换，通常 i f
频率 fc 为探测器的截止响应频率或响应频率
fc
1 2
当 f < fc 时，认为光电流能线性再现光功率P的变化。
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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
1 ( 2f ) 2
τ称为探测器的响应时间（或时间常数），由材料、结构和外电路决定。
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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
《光电子技术》
Photoelectronic Technique
光电探测器的性能参数 周自刚
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？
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。
9
七、归一化探测度D*
由于探测器的噪声功率N ∝Δf，所以
in
于是由D的定义知
(f )
1 2
D (f )
1 2
另一方面，探测器的噪声功率N∝ A 所以 又有
in ( A)
D ( A)
1 2
3
知识应用1
半导体光电探测器 半导体光电探测器由于体积小，重量轻，响应速度快，灵敏度高，易 于与其它半导体器件集成，是光源的最理想探测器，可广泛用于光通信、
信号处理、传感系统和测量系统。
由于超高速光通信、信号处理、测量和传感系统的需要，需要超高速 高灵敏度的半导体光电探测器。为此，发展了谐振腔增强型（RCE）光电 探测器、金属半导体-金属行波光电探测器，以及分离吸收梯度电荷和信增 （SAGCM）雪崩光电探测器（APD）等。
(1) 功率效率
p 激光器辐射光功率
激光器消耗光功率
P ex Vj I 2R i
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
率来衡量激光器转换效率的高低。
P 功率效率定义为 p ex P in
Pex 为辐射的光功率；
Pin 为注入的电功率。
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四、量子效率η
Ps P b
内部 噪声 电流 光电 效应 增益 放大器过程
is
输出 信号加 噪声
P th
in (瓦) Ri
in
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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。
i
1
NEP越小，表明探测微弱信号的能力越强。
NEP是描述光电探测器探测能力的参数。
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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。
为什么？
但是，当在同类型的不同探测器之间进行比较时，发现“D值大的探测
(2)内量子效率
i
内量子效率定义为
有源区里每秒产生光子数