光电探测器迷宫设计方案2015.5.15
光电探测器的设计与开发
光电探测器的设计与开发光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的设备，可以在光学和电子学的交叉领域中起到重要的作用。
光电探测器广泛应用于光通信、光信号处理、光学成像、医学、安全检测等领域。
本文将重点探讨光电探测器的设计与开发。
一、光电探测器的基本原理光电探测器包括光电二极管、光敏晶体管、光电倍增管、光电二极管阵列、光电导等多种类型。
这些探测器主要通过光电效应将光信号转换为电信号，从而实现光信号的电学处理、存储、传输等功能。
光电效应是指当光子与物质相互作用时，会产生光电子或电子空穴对。
光子的能量越高，则光电子或电子空穴对的动能就越大。
使用不同材料和不同结构的光电器件可以选择吸收某一波长范围内的光子，从而实现探测器在不同波段的光电探测。
二、1. 设计原则光电探测器的设计需要考虑到其使用环境和使用条件，例如工作波长范围、响应时间、灵敏度、稳定性、噪声等。
根据具体的应用需求，通常需要对探测器的结构、材料、光阻、电路等进行优化设计，以提高其性能并满足实际需求。
2. 制备工艺光电探测器的制备工艺通常包括光刻、薄膜沉积、离子注入等步骤。
其中，光刻技术是一种非常重要的微纳加工技术，可将所需的图案或形状投影到光敏膜上，并通过化学反应实现图案的转移。
利用光刻技术可以制备出细微的结构和器件，如微透镜、薄膜光栅等。
薄膜沉积是指在基底上利用物理或化学方法形成具有一定厚度的薄膜。
光电探测器中常用的沉积方法包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等。
离子注入技术是指将高速离子注入半导体材料中，以改变其原性能。
通过控制离子能量和注入量，可以实现材料的掺杂和调控，从而实现探测器灵敏度和响应时间的优化。
3. 电路设计对于光电探测器而言，电路设计也是至关重要的一步。
在电路设计中需要考虑器件的灵敏度、带宽、放大倍数、抗干扰能力等参数。
同时还需要根据探测器类型的不同，选择合适的驱动和放大电路，以提高探测器的性能。
4. 检测方法光电探测器的检测方法一般包括单点检测、阵列检测和成像等多种方法。
光电相位探测传感器设计
光电技术综合设计I--光电相位探测传感器设计一、设计目的本设计目的在了解其基本工作原理基础上，完成光电相位探测传观器系统的简易或原理性设计，实现该系统结构简单、使用方便、抗干扰能力强、实时性好、并且能够获得光波波前相位信息等特点。
受设计时间限制，本课程设计主要是对前端的激光器和光电探测器。
光电相位探测传感器主要由光学匹配系统、为透镜阵列、光电探测器、图像采集卡、数据处理计算机和光波相位模式复原软件等构成。
本课程设计研究对象主要为前端激光器和光电探测模块。
二、光电相位探测传感器的构成1、光学匹配系统2、微透镜阵列3、光电探测器4、图像采集卡5、数据处理计算机6、光波相位模式复位软件等。
三、设计原理1、将入射光束的口径缩小（放大）到与微透镜阵列相匹配尺寸。
2、微阵列透镜将入射光瞳分割，对分割后的入射波前成像。
3、光电探测器用于接收光电信号，目前多用CCD探测器。
4、微透镜阵列和光电探测器之间加入匹配透镜。
5、计算得到波前相位分布。
6、光波相位模式复原软件。
四、前端激光器1、前端激光器的构成（1）、泵浦系统泵浦原是指向工作物质共给能量的能源，依靠它把工作物质中的原子，分子丛基态激发到高能态，并形成粒子束反转。
在激光器中，外部能量通常会以光或电流的形式输入到产生激光的媒质之中，把处于基态的电子，激励到较高的能级高能态（人们用“泵浦”一词形容这一过程(如同把水从低处抽往高处))，物理学家将这种状态称为激发态(excited state)。
为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。
一般可以用气体放点的个办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为点激励。
也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励。
各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。
为了不断得到激光输出，必须不断地泵浦，以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
常用的泵浦方式有：a．电子注入：用电学方法将电子或空穴从作用区的两侧注入到作用区中，以在作用区形成粒子束反转。
光电探测器的设计和应用
光电探测器的设计和应用第一章简介光电探测器是现代仪器中最基础且最广泛应用的设备之一，其功能是将光信号转换成电信号，是光电技术的重要组成部分，被广泛应用于通讯、信息处理、化学分析、医学影像、环境监测等领域。
本文将介绍光电探测器的设计原理和应用。
第二章光电探测器的类型及参数光电探测器按照其工作原理和结构特点可分为光电二极管、光敏电阻、光电导、光电子倍增管、光电管、光电二极管阵列、CCD等类型。
各种类型光电探测器的参数不同，如响应速度、响应波长、量子效率、线性范围、灵敏度等。
第三章光电探测器的设计原理光电探测器的设计原理基本上是光学、电学和半导体物理等方面知识的应用，其设计过程包括以下几个方面：3.1 光学系统设计光学系统设计包括光源的选取、光束调制、光电转换器选择和光路设置等内容。
3.2 光电转换器的设计光电转换器的设计包括光电载流子的产生、收集、传输和控制等过程。
3.3 电子线路设计电子线路设计包括放大器、滤波器、信号调理和数字信号处理等内容。
3.4 元器件选取元器件选取包括光电转换器的选取、电路器件的选取和功耗、器件尺寸等指标的评估。
第四章光电探测器的应用光电探测器的应用范围非常广泛，如下所示：4.1 无线通信光电探测器广泛应用于无线通信中，包括蓝牙通信、WIFI通信、LTE通信等。
4.2 光通信光电探测器在光通信中是最常见的测量光功率的器件。
4.3 化学分析光电探测器具有多样化的化学分析应用，如光度计、比色计和荧光分析器等。
4.4 医学影像目前医学影像技术常用的光电探测器有X射线探测器、PET探测器和CCD探测器等。
4.5 环境监测光电探测器在环境监测中的应用包括大气、水、土壤和草地等生物体中的一些关键气体和微量成分的测量。
第五章光电探测器的发展趋势光电探测器在各领域的应用不断发展，但直接面临着光通信的需求不断提高、移动通讯需求增加和电子芯片技术的发展，需要注重以下方面的发展：5.1 小型化和集成化随着技术的成熟，小型化和集成化将是光电探测器的主流趋势，生产成本将更低。
光电探测器的设计与制造
光电探测器的设计与制造光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的电子元器件，被广泛应用于光通信、医疗影像、机器视觉等领域。
设计和制造好一款高性能的光电探测器能够对该领域的发展做出极大的贡献。
本文将介绍光电探测器的设计和制造方面的相关知识。
光电探测器设计方面的考虑点有很多，其中最为重要的是灵敏度和响应速度。
在设计探测器时，需要考虑信号噪声比、响应波长、工作温度和响应线性范围等参数。
对于灵敏度的提升，可以从增加探测器的面积、优化掺杂浓度、提高光子接收效率等方面入手。
有一种感应带的叫法，它是探测器中的重要部分，用于吸收光子并产生空穴-电子对。
为了提高灵敏度，可以增加感应带的厚度或增加掺杂浓度，从而增加空穴与电子的产生数量。
感应带的宽度和波长响应范围需要根据应用场景来确定。
除了灵敏度，响应速度也是光电探测器设计的重要考虑点。
响应速度主要由两个因素决定：载流子的迁移速度和感应带的载流子密度。
通过优化载流子的迁移速度和感应带的载流子密度，可以提高响应速度。
此外，悬挂式结构设计可以提高载流子的迁移速度和光子传输效率。
而在响应波长方面，可以通过调整感应带材料的带隙来实现。
在光电探测器的制造方面，主要是各类工艺的选择以及探测器的封装。
对于工艺的选择，对于单个探测器来说，常用的有金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）、金属有机分解成分析（MOCVD）、分子束外延（MBE）等方法。
而对于大面积探测器通常采用光刻、薄膜沉积、干刻、湿刻等工艺来完成。
对于工艺的优化，需要在尽可能提高制造效率的情况下，尽可能提高质量，使探测器的性能得到最大发挥。
探测器的封装也是非常重要的一步。
通常情况下，封装需要满足高精度、高速度和较高的封装密度。
此外，为了保护探测器的灵敏度、可靠性和稳定性，还需要对探测器进行加密密封、真空封装等处理。
这些过程的实施需要严格控制环境参数，确保探测器加工、测试至封装过程的各个环节都能得到科学而系统的管理和控制。
光电探测器设计报告
光电探测器设计报告设计人:摘要：本报告主要叙述本小组设计的基于光电效应的、可用于探测入射光频率的光电探测器的设计原理、设计过程和所期望实现的功能, 以及对此设计产品性能的估计。
一、设计原理比电效应是我们从中学就开始接触并且学习的知识，原理十分简单，但却有巨人的用处。
因此，我们选择这个我们熟知的知识作为基本原理，在它的基础上完成我们所设想的功能。
1.光电效应及其规律由于我们对光电效应己经有了较为深入的了解，所以对其发现历史不再赘述，这里只叙述一下基本的4条规律。
/I 1可變電源(1) 每一种金属在产生光电效应时都存在一个极限频率(或称截ll:频率)，即照射光的频率不能低于某一临界值。
相应的波长被称作极限波长(或称红限波长)。
当入射光的频率低于极限频率时，无论多强的光都无法使电子逸出。
(2) 光电效应中产生的光电子的速度和动能与光的频率有关，而与光强无关。
反应初动能的是截止电压即初动能为1 ,Ehn = =叫（3）光电效应的瞬时性。
实验发现.即儿乎在照到金属时立即产生光电流。
响应时间不超过lnso（4）入射光的强度只影响光电流的强弱，即只影响在单位时间单位面枳内逸出的光电子数冃。
在光颜色不变的情况2入射光越强，饱和电流越人，即一定颜色的光，入射光越强, 一定时间内发射的电子数目越多。
2.爱因斯坦光电效应方程光子能量E = hv・逸出功为W,则由能量守恒町以得到hv = - mVm + W乙实验中eU a = = hv — W乙整理公式即可得到W ev = T + h Ua这就是我们想要探测的入射光频率。
二、设计思路在我们做过许多次的实验电路图中，只要调节町变电源，使得电流表示数为零（即光电流为零），电压表所测得的电压就是我们需要的截止电压了。
但是，电源的调节是于•动的，我们希望自己的产品是自动测量的。
因此，我们可以将町变的直流电源变成-个交变电源，总有一个瞬间的电压可以使光电流为零，这时的电压就是我们所需要的截止电压。
光电技术综合设计-光电相位探测传感器设计
光电技术综合设计----光电相位探测传感器设计班级姓名：学号：指导老师：张翔（副教授）光电技术系成都信息工程学院一、设计目的与意义：本设计目的在了解其基本工作原理基础上，完成光电相位探测传观器系统的简易或原理性设计，实现该系统结构简单、使用方便、抗干扰能力强、实时性好、并且能够获得光波波前相位信息等特点。
受设计时间限制，本课程设计主要是对前端的光电探测模块。
光电相位探测传感器主要由光学匹配系统、为透镜阵列、光电探测器、图像采集卡、数据处理计算机和光波相位模式复原软件等构成。
二、光电探测器原理示意图如下：入射激光束数据处理匹配系统微透镜阵列光电探测器图像采集1、将入射光速的口径缩小（放大）到与微透镜阵列相匹配尺寸。
2、微透镜阵列将入射光瞳分割，对分割后的入射波前成像。
3、光电探测器用于接受光电信号，目前多用CCD 探测器。
4、微透镜阵列和光电探测器之间加入匹配透镜。
5、进一步计算得到波前相位分布。
三、激光器：（一）、激光器由三大基本系统组成：谐振腔、增益介质、抽运系统。
谐振腔作用：激光谐振腔是激光器的三个主要组成部分之一。
在简单情况下，它是在激活物质两端适当地放置两个反射镜组成。
作用之一是提供正反馈，使激活介质中产生的辐射能多次通过介质，当受激辐射所提供的增益超过损耗时在腔内得到放大、建立并维持自激振荡。
增益介质作用:增益介质(即激光工作物质)，是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系，有时也称为激光增益媒质，它们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、半导体和液体等媒质。
对激光工作物质的主要要求，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去；为此，要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。
抽运系统作用:谐振腔分为：开放式光腔和封闭腔。
其中开放式光腔通常可分为稳定腔、非稳腔、临界腔三类。
高灵敏度光电探测器设计与实现
高灵敏度光电探测器设计与实现在当今这个科技飞速发展的时代，光电探测器就像是我们探索未知世界的“眼睛”，它们能够敏锐地捕捉到光的细微变化，为我们带来各种各样神奇的应用。
今天咱们就来聊聊高灵敏度光电探测器的设计与实现，这可是个相当有趣且充满挑战的事儿！先来说说我自己的一个亲身经历。
有一次，我参加了一个科技展览，其中有一个展位展示了一款新型的高灵敏度光电探测器。
那是一个小巧玲珑的装置，放在一个透明的展示盒里。
工作人员用一束极其微弱的光线照射它，然后旁边的显示屏上立刻就清晰地显示出了光线的强度和波长等信息。
我当时就被深深震撼了，心里想着：这小小的玩意儿居然能如此敏锐地感知到几乎看不见的光，太不可思议了！那么，啥是高灵敏度光电探测器呢？简单来说，它就是一种能够特别灵敏地检测到光信号的设备。
比如说，在黑暗的环境中，它能捕捉到极其微弱的光线；在复杂的光环境中，它能准确区分不同波长和强度的光。
要设计出这样厉害的探测器，材料的选择可太关键了。
就像盖房子选好砖头一样，我们得挑那些对光特别“敏感”的材料。
比如说，某些半导体材料，像砷化镓、磷化铟等等，它们就像是天生的“光感知高手”，只要有一点点光的刺激，就能产生明显的电信号。
探测器的结构设计也有讲究。
想象一下，就像是设计一个精巧的迷宫，让光能够顺利地进来，然后被准确地检测到，同时还要尽量减少干扰和损耗。
比如说，可以采用分层结构，让不同的层分别负责吸收光、传输电荷等等。
在制作工艺方面，那更是需要精细到极致。
每一个步骤都像是在雕琢一件珍贵的艺术品。
比如说，光刻工艺，要把微小的电路图案精确地刻在材料上，这可需要高度精密的设备和技术，稍有偏差，整个探测器的性能就可能大打折扣。
还有哦，电路的设计也不能马虎。
这就像是探测器的“大脑”，要能够快速、准确地处理从光信号转换来的电信号。
得让它既能快速响应，又能保持稳定，不被外界的干扰所影响。
在实现高灵敏度的过程中，还得考虑环境因素的影响。
光电感烟火灾探测器的电路设计
光电感烟火灾探测器的电路设计电光电感烟火灾探测器分为减光式和散射光式，分述如下:减光减光式光电感烟火灾探测器探减光式测器的检测室内装有发光器件及受光器件。
在正常情况下，受光器件接收到发光光器件的一定量的光；而在火灾时，探测器的检测室进入了大量烟雾，发光器件的发射光受至V 烟雾遮挡，使受光器接收的光量减少，光电流降低，探测器发出报警信号。
原理示意图见图1，目1前这种形式的探测应用较少。
散射减光式光电感烟火灾探测器探减光探测器的检测室内也装有发光器件和受光器\}图1减光式光电感烟火灾探测器原理图件。
在正常情况下，受光器件是接收不到发光器件发出的光的，因而不产生光电流。
在火灾发生时，当烟雾进入检测室时，由于烟粒子的作用, 使发光器件发射的光产生漫射，这种漫射光被受光器件接收，使受光器件的阻抗发生变化，产生光电流，从而实现了将烟雾信号转变为电信号的功能，探测器发出报警信号。
原理示意图如图2。
作为发光器件，目前大多采用大电流发光效率高的红外发光管，受光器件多采用半导体硅光电管。
受光器件阻抗是随烟雾浓度的增加而降低的，变化曲线如图3所示。
烟浓度以减光率表示，单位m即每米内光减少的百分数。
2光电感烟火灾探测器的电路设计光电感烟火灾探测器的电路原理图如图4所示。
ttJtTT 件图2散射光式光电感烟火灾探测器原理图图3受光器件阻抗随烟浓度变化曲线图4电路原理框图对该探测器的设计除了符合国际要求外，我们还要求探测器在正常监视状态下工作电流不大于100卩A,探测器的电源为24 V直流电压, 探测器的输入阻抗为240 k Q,呈高阻状态。
在报警时，工作电流不大于80 mA并等效于一个7 V左右的稳压管，呈低阻状态。
因此，探测器静态功耗很小，同时也有利于区别探测器的两种不同工作状态，以便与座电路相匹配，实现频率的远距离传输2.1 倒相电路（图5）图5倒相电路按国标规定，探测器输入24 V直流电压。
桥式倒相电路的优点在于接入电源时不必分正负端，可以随意接入电压的两根线，而输出是有确定极性的+ E电压，给施工安装带来很大方便。
光电探测器的制备及应用研究
光电探测器的制备及应用研究一、引言光电探测器是一种可以将光信号转换为电信号的装置，广泛应用于光通信、太阳能电池、医学影像、环境检测等领域。
本文将介绍光电探测器的制备及应用研究。
二、光电探测器的种类及原理光电探测器的种类包括光电二极管、光电导、光电倍增管、光电二极晶体管及光电子 multiplier 等。
其中比较常用的是光电二极管和光电导。
光电二极管采用 p-n 结型光敏元件，其原理是当光子穿过半导体时激发电子与空穴形成载流子，从而引起光电流的产生。
光电二极管的主要特点是响应速度快、灵敏度高、工作温度范围宽、节能环保等。
光电导的工作原理与光电二极管类似，不同的是它采用的是元件下表面的电流扩散以及在整个半导体体积上的光吸收机制。
光电导具有响应速度快、噪声较小、频率响应宽带等特点。
三、光电探测器的制备技术光电探测器的制备过程中主要包括光敏材料的选择、器件结构设计、制备工艺等环节。
（一）光敏材料的选择光敏材料是光电探测器的核心部件，不同的光敏材料具有不同的性质，如禁带宽度、光谱响应特性、载流子迁移率、散射因子等。
根据具体的应用需求来选择合适的光敏材料。
（二）器件结构设计光电探测器的器件结构设计是制备过程中十分关键的环节。
不同的器件结构设计可以影响到器件的灵敏度、响应速度、噪声等性能。
一般来说，光电探测器的器件结构设计分为单晶体结构和多晶体结构两种。
其中单晶体结构主要用于高精度、高灵敏度的应用领域，多晶体结构则主要用于大面积、低成本的产品。
（三）制备工艺光电探测器的制备工艺包括清洗、薄膜制备、光刻、电极沉积及器件封装等环节。
其中，薄膜制备是比较重要的一个环节。
一般采用物理气相沉积、化学气相沉积和溅射沉积等技术。
四、光电探测器的应用研究光电探测器在光通信、太阳能电池、医学影像和环境检测等领域都有着广泛应用。
（一）光通信光电探测器在光通信中起着至关重要的作用。
光通信是一种基于光学技术的高速数据传输技术。
光电探测器可以将光信号转换为电信号，从而实现数据的传输。
高灵敏度光电探测器的设计与制备
高灵敏度光电探测器的设计与制备光电探测器是一种利用光电效应将光信号转换为电信号的装置，广泛应用于光通信、光传感和光学成像等领域。
其中，高灵敏度光电探测器具有非常重要的应用价值，因为它能够检测到非常微弱的光信号，甚至是单个光子的信号。
本文将从设计和制备两个方面，介绍高灵敏度光电探测器的研究进展。
在光电探测器的设计中，关键的因素之一是光电转换效率。
通常，光电探测器的光电转换效率取决于两个主要的过程：光信号的吸收和电子的收集。
为了提高光信号的吸收效率，可以采用一些技术，如增加光敏区域的有效面积、提高吸收介质的光吸收系数等。
同时，合理设计探测器结构，使得光信号能够在光敏区域中有效地传播，减少能量损失。
此外，为了提高电子的收集效率，可以优化探测器的电场分布，使得电子能够快速地被收集到电极。
此外，制备过程对光电探测器的性能也有着重要的影响。
目前，常见的制备光电探测器的方法包括化学气相沉积、物理气相沉积和溅射等。
这些方法可以制备出高质量的材料，并且可以通过调控制备过程中的参数来得到所需的光电性能。
例如，在化学气相沉积过程中，可以通过调节气氛组成和温度等参数来改变材料的晶格结构和缺陷密度，从而影响光电性能。
此外，还有一些新型的制备技术，如纳米制备技术和表面等离子体增强技术等。
这些技术能够制备出具有更好光电性能的纳米结构材料，如纳米线和纳米颗粒。
这些纳米结构材料不仅具有高表面积和较短的电子传输路径，还能够增强光与材料之间的相互作用，从而提高光电转换效率。
除了设计和制备的因素外，还有一些其他的因素会影响光电探测器的灵敏度。
例如，光电探测器的噪声性能对于灵敏度的提高至关重要。
在光信号很弱的情况下，噪声会对信号的测量造成严重干扰。
因此，需要在设计和制备过程中，尽量减小噪声，并考虑如何提高信噪比。
此外，温度也是一个重要的因素，光电探测器的工作温度会对其性能产生较大影响。
总结起来，高灵敏度光电探测器的设计与制备是一个复杂而关键的任务。
四象限光电探测器电路的设计方案
四象限光电探测器的电路设计方案一、原理四象限光电探测器实际由四个光电探测器构成，每个探测器一个象限，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，如图1。
一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面。
当目标成像不在光轴上时，四个象限上探测器输出的光电信号幅度不相同，比较四个光电信号的幅度大小就可以知道目标成像在哪个象限上（也就知道了目标的方位），若在四象限光电探测器前面加上光学调制盘，则还可以求出像点偏离四象限光电探测器中心的距离或θ角来。
图1 目标在四象限光电探测器上成像图2方位探测器原理框图。
信号通过放大和调理后由由A/D转换器（本系统中采用ADS7864）采样转换成数字量送入单片机，由单片机处理后得到目标的方位，并根据实际系统的需要输出方位控制指令。
二、电路设计根据实际系统的需要，A/D转换器用ADS7864，单片机用最常见的89C51。
这里对ADS7864作一介绍。
ADS7864是TI公司生产的12bit高性能模数转换器，片上带2.5V基准电压源，可用作ADS7864的参考电压。
每片ADS7864实际由2个转换速率为500ksps 的ADC构成，每个ADC有3个模拟输入通道，每个通道都有采样保持器，2个ADC组成3对模拟输入端，可同时对其中的1～3对输入信号同时采样保持，然后逐个转换。
由于6个通道可以同时采样，很适合用来转换四象限光电探测器的4路光电信号，剩下2个通道作系统扩展用。
*下面主要介绍电路中的信号采样转换和处理部分。
ADS7864前端调理电路模数转换器的前端调理电路缩放和平移要采样的信号，通过调理后的信号适合A/D转换器的模拟输入要求。
图3是ADS7864一个输入通道的前端调理电路，图3 ADS7864前端调理电路ADS7864模拟输入通道的+IN和-IN的最大电压输入范围为-0.3V～+5.3V（ADS7864 +5V 供电）。
图3的电路中使用了2个运放，A1用作跟随器，用来缓冲ADS7864输出的2.5V基准电压源；A2和四个电阻构成了信号调理网络，适当配置R1～R4电阻可以实现对输入信号Vi的缩放和平移以适合ADS7864模拟通道的输入要求。
光电探测器的设计与制作
光电探测器的设计与制作光电探测器是一种利用半导体材料、光电子学和光学技术相结合制造的电子器件，它能够将光信号转化为电信号，并可计算出光信号的数量。
光电探测器广泛应用于通信、半导体、医疗、军事等领域中，并且在科技研究中也扮演着极为重要的角色。
对于科研工作以及产业技术深度发展，光电探测器的设计和制作无疑是重中之重。
本文将深入探讨光电探测器的设计和制作，帮助读者更好地了解这一领域。
一、光电探测器的分类光电探测器的种类繁多，根据不同的工作原理和应用场景，主要可分为以下几类：1. 光电二极管（Photodiode）：能够将入射光转换成电流输出的光电器件。
常用于通信、信息采集和物体检测等领域。
2. 光电晶体管（Photo transistor）：在晶体管的基础上增加光敏电极，通过电压控制光电极的电流输出。
因为其灵敏性、速度和稳定性等优势，常用于视频摄像和光学计量领域。
3. 光电倍增管（PMT）：由光阴极、透镜、光阱和倍增器等多个部件组成，专门用于昏暗、极微弱光的检测和质谱学研究。
4. 光电效应器件（Photoemitter）：由吸收光子而释放出电子的部件，由于其响应时间小，常用于LIDAR雷达、激光打标和激光束测距等领域。
因此，在设计和制作光电探测器时，需要针对具体应用场景选择不同的光电探测器。
二、光电探测器的制作过程在研制和制作光电探测器过程中，工艺步骤和技术应用的科学性和正确性对提高光电探测器的性能至关重要。
下面将介绍制作光电探测器的主要步骤：1. 半导体材料制备选择合适的半导体材料非常关键，常用的有：硅、镓砷化物、砷化镓和硒化镉等。
不同的材料有不同的光敏性能和应用范围，需要根据具体需求选择。
2. 材料表面清洗和处理将材料表面清洗干净，并做必要的氧化、蚀削等表面处理，保证材料的好质量。
3. 制备p-n结在硅材料中，通过在n型硅中掺杂杂质，生成与n型硅相邻的p型硅。
在p-n结两边形成不同浓度的电子空穴对，通过施加电压使其产生反向偏置，此时p-n结中电子空穴受到准定状态下的光子激发，从而产生电流信号。
如何设计光电式烟雾报警器-烟雾光学迷宫
如何设计光电式烟雾报警器—烟雾光学迷宫任何物体闷烧或燃烧时，都会产生大量的颗粒，漂浮在空气中。
我们使用一束特定强度的光，照射这些微颗粒，产生大量的反射光，通过采集这些反射回来的光强，来测量漂浮颗粒在局部空气中的密度，判定其发生火灾。
我们总是希望接收到的光都是颗粒反射回来的光，而不是外界的干扰光，因此我们需要设计一个迷宫，隔离外部的干扰光。
目前在市面上我们可以看到各式各样的迷宫，如图1所示。
在这些迷宫中，我们总能发现很多共同之处和不同之处。
图1随着我们生活水平的不断提高，对产品的性能要求也越来越苛刻，如扩大使用温度范围、增加应用场合、延长电池使用寿命、增加探测火种和改善人机交换功能等。
我们也看到世界各国消防法规不断的更新，测试要求也越来越高。
如德国、美国等。
设计一款性能优异、价格低廉的烟雾光学迷宫（以下简称迷宫），成了我们思考的重点。
一个完整的迷宫包括三个部件：红外发射管、红外接收管和迷宫塑料件。
我们可以通过隔离值、气阻值、解析度、底噪值、准确度和温漂值等参数来衡量一个迷宫的性能。
隔离值，主要衡量迷宫结构的优异性，以百分比K来表示。
测量方式：使用特定波长和强度的点光源，立体360旋转照射迷宫，测量接收区的光强。
计算公式：K=（1- Sr / Si）* 100% /A；Si为照射光的强度，Sr为接收区的光强，A为距离单位。
气阻值，主要衡量迷宫的进气特性，以响应时间t来表示。
测量方式：在无对流的局部空气中，均匀的分布一定密度的烟雾颗粒，响应值以接收区的光强达到该烟雾密度值所需要的时间。
单位t秒每A 密度。
解析度，主要衡量迷宫能测量最小烟雾颗粒的密度值，以光强l 来表示。
测量方式：在一定气流的局部空气中，均匀的分布一定密度的烟雾颗粒，测量接收区的光强。
单位mW每A密度的B颗粒。
底噪值，主要衡量迷宫的结构对检测的红外光所产生干扰光的量，以百分比K来表示。
测量方式：红外发射管以一定强度照射，测量接收区的光强。
光电探测器的设计与制造
光电探测器的设计与制造第一章：光电探测器的概述光电探测器是一种利用光电效应将光能转化为电能的器件。
它包括光敏元件和信号处理电路两部分。
光敏元件是光电探测器最核心的部分，其主要作用是将光信号转换为电信号。
光敏元件可以根据其材料和结构不同分为光电二极管、光电晶体管、光电倍增管、光电子管等多种类型。
而信号处理电路则将光敏元件输出的微弱电信号放大、滤波、数字化等，最终转换为可以被观测者识别的信号。
光电探测器广泛应用于机载、卫星、导弹、军事、航天等领域，以及医疗、工业、通信等民用领域。
因此，光电探测器的设计和制造对于现代科技的发展具有重要意义。
第二章：光电探测器的设计2.1 光敏元件的选择光敏元件的选择对光电探测器的灵敏度、响应时间、线性度等指标有着直接的影响。
根据不同的应用场景和参数要求，可以选择适合的光敏元件材料和结构。
例如，在低照度条件下，选择光电二极管或光电倍增管，而在高速运动物体跟踪场景下，可以选择响应时间较快的光电晶体管。
2.2 光路设计在光电探测器的设计过程中，光路的设计也是至关重要的。
合理的光路设计可以使光到达光敏元件的时间准确、光斑聚焦度高、信噪比更好。
同时，不同的光路设计对光敏元件的封装方式、防护措施等也有不同的要求。
2.3 信号处理电路的设计信号处理电路的设计是光电探测器应用的最后一环，也是光电探测器的重要组成部分之一。
信号处理电路必须具有良好的线性度、噪声低、带宽高等特点，以确保从光敏元件中提取的信号在经过放大、滤波、数字化等处理后，能够忠实地反映光敏元件收到的光信号。
第三章：光电探测器的制造3.1 光敏元件的制造光敏元件制造过程在很大程度上决定了光电探测器的性能。
目前常用的光敏元件制造工艺有溅射、化学气相沉积、分子束外延、金属有机气相沉积等。
这些方法在材料选择、工艺流程、成本控制等方面都有自己的优势和限制。
选择合适的光敏元件制造工艺，必须考虑产品性能要求、成本预算等多方面因素。
3.2 封装与封装工艺封装是光电探测器制造过程中一个至关重要的环节，主要目的是保护光敏元件不受污染、湿气、振动等因素干扰。
第四章 光电探测系统设计
M T 4
其中，ε 为物体的发射率；σ 为斯特凡——玻尔兹曼 常数；T为物体的绝对温度电压信号为：
Uo MmSGA MR
式中：τ ——光学系统的透过率 m——光学调制系统透过率 S——光电器件的灵敏度 A——放大器放大倍数 G——电路变换系数 R——光电变换系数 将物体的辐射出度与温度的关系式带入上式，有：
kT ( I p I o ) I kT ( I p I o ) U / RL U ln ln e Io e Io
kTU I p I o U / RL P IU ln eRL Io
根据所选负载电阻的数值可以把光电池的工作曲 线分作四个区域：Ⅰ短路或线性电流放大；Ⅱ空载电 压输出；Ⅲ线性电压放大；Ⅳ功率放大。
由对应最大输入光 通量的伏安曲线弯曲处 即可确定转折点M，相 应的转折电压U0或初始 电导G0
M点的电流值可表达为：
iM G0U0 GU0 Smax
Smax 故有： U 0 G0 G
或：
Smax G0 G U0
②计算负载电阻和偏置电压 为保证最大线性输出，负载线与最大光通量照对应的 伏安曲线的交点不能低于转折点M。设负载线通过M点， 有： （Ub U0 )GL G0U0 当Ub已知，可计算出：
4.2 光电变换的基本形式
• • • • • • 被测对象为辐射源的形式 光透过被测对象的形式 光由被测对象反射的形式 光由被测对象遮挡的形式 光信息由被测对象量化的形式 光传输信息的形式
4.2.1被测对象为辐射源的形式
应用于：火警监测、制导、 被动夜视仪、热成像、探测 温度、光谱分析等。 信号特征：缓慢变化量 不利因素：直流放大器零 点漂移；环境背景噪声干扰。 设计措施：对信号斩波调制，然后滤波放大。 系统输入信息：物体辐射出度
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光电感烟探测器设计计划2015.5.15
一：迷宫设计要求:
1. 满足点型光电探测器基本功能要求，一致性，重复性，方位试验，环光试验，气流试验，
火灾灵敏度试验等均要满足国标要求。
（其中一致性，重复性，方位，气流试验要严于标准要求。
比值<1.3）
2. 兼容性：1.可通过选择不同的发射管方案满足现行光电探测器国标要求或征求意见稿对响应
阈值和火灾灵敏度的要求。
同时满足其他实验要求。
2.兼容复合式感温感烟探测器，该迷宫可应用于复合式感温感烟探测器。
3.兼容防爆型光电感烟探测器和复合式感温感烟探测器的生产工艺要求。
3. 满足贴片LED指示灯和导光柱的结构要求。
4. 满足接收管部分需要金属屏蔽罩罩住的结构要求。
5. 满足生产工艺简单，较容易保证生产一致性的要求。
6. 需考虑兼容线路板使用贴片铝电解电容的方案。
7. 灵敏度一致性标定的速度应满足生产线速度的要求。
8. 需考虑灰尘累积对采样值的影响。
二：外壳和底座的设计要求：
1.新探测器外壳与旧底座兼容。
2.兼容防爆光电探测器灌胶工艺
3.线路板与中扣连接片不采用螺钉连接方式，可考虑选择焊接的连接方式或者通过弹片弹
压接触的方式。
4.中扣与上盖的固定方式采用卡扣结构。
增加防呆设计。
考虑使用机械手安装时上盖和中
扣与传送带的固定方式。
5.需考虑兼容线路板使用贴片铝电解电容的方案。
6.兼容激光打标机打印标签。
7.线路板安装位置应有方向标识和防呆设计。
8.接收管屏蔽罩的安装与焊接应尽量操作简单。
9.探测器与底座安装时可实现360度旋转，安装后连接片部分与底座接触良好。
10.外壳和底座强度应满足国标中的碰撞，震动等试验要求。
11.外壳进烟口的设计应与迷宫进行配合，最大限度提高进烟性能，同时满足国标中气流试
验要求。
12.底座强度应满足工程使用要求，螺钉固定后底座不应变型导致探头无法安装。
13.探测器中扣和上盖应该增加导水孔的设计。
实现防水功能。
14.底座与上盖配合时，旋入要有手感，旋出要有力度。
15.底座压板两个钉，其中自攻钉用不方便拆卸的螺钉。
例如三角形等。
三：电路设计要求
1.工作电压范围DC8～28V，环境温度：-10℃～60℃
2.静态电流：≤300µA 报警电流：≤2mA
3.采样值在正常环境下浮动范围不应超过±1。
4.电磁兼容试验满足标准要求。
5.解决FT8101电路中经常烧坏回码电路的问题。
6.长线待机性能与FT8101一致。
7.提高耐总线电压能力。
8.降低成本。
四：试验设备需求：
1. 3D打印机（精度小于等于0.1mm）进行3D模型制作。
2. 标准烟箱。
3.燃烧实验箱
4. 沙尘实验箱
需求原因：
1.由于新迷宫的设计较旧迷宫相比改动较大。
没有前期的基础实验数据。
需要大量的烟箱试
验进行验证并通过试验数据确定相应的算法，为了提高黑烟响应性能和可行性还需要对迷宫结构进行多次修改。
由于外壳加工厂家制作手版和模具加工周期较长，成本较高。
且制作的手版一般只能作为外观评审依据，不能用手板进行烟箱试验。
制作模具费用较高、周期更长。
模具结构修改可变量很小。
所以建议先使用3D打印机加工迷宫和外壳样品进行试验验证。
验证无问题后再进行手板加工和模具制作。
2.由于新迷宫的设计需要满足光电探测器征求意见稿标准，提高黑烟响应的灵敏度，需要火
灾灵敏度试验，标准烟箱设备无法进行该实验。
且去沈阳检验所进行委托检验周期太长，又无法得到过程试验数据。
所以需要自制一个小型燃烧试验箱，同时与标准头进行四种火的实验。
验证黑烟响应性能。
可通过对比试验数据修改迷宫结构，电路，程序算法等。
3.光电探测器征求意见稿中增加了报污染功能，报污染的功能无法满足新标准的要求。
需要
通过沙尘试验箱进行沙尘试验，通过实验结果重新设计报污染功能的参数和算法。
五：整体计划
1.迷宫方案设计，外壳与底座方案设计
设计原则：采用大迷宫，前/后向散射复合方式，红外发射管为主，前向散射与减光式复合方式备选，红蓝光发射管结合备选
内容：由于征求意见稿尚未确定实施，前/后向散射复合方式的迷宫结构可参照安舍光电感烟探测器的方式，既迷宫中保留两个发射管的位置，一个前向散射角度，一个后向散射角度，可根据后期的要求选择一路发射或两路发射。
组成前向或后向散射方式。
这样当响应阈值要求不高时可选择一路发射管，节约了成本。
同时该迷宫也可用于独立式光电感烟探测器。
设计至少3套方案
外壳与底座按照设计要求设计出至少3套方案。
选择红外发射管、接收管、蓝光发射管厂家并提供样品
根据待选迷宫方案设计原理图，PCB，基于义隆A96F904设计，增加一路发射管。
时间：1个月
2.迷宫方案可行性的验证
内容：
通过3D打印机加工不同方案的迷宫与外壳，焊接电路板，调试程序使其实现基本功能。
通过标准烟箱测试各个方案对烟雾的响应性能，方位性，抗环境光线与气流干扰能力。
通过燃烧实验箱测试不同的迷宫结构方案对黑烟的响应性能的影响，不同波长的发射管对黑烟响应性能的影响。
总结试验数据。
对比各个方案在烟箱试验方面的优缺点
时间：3周
3.迷宫外壳结构方案评审
内容：组织相关部门对不同方案的迷宫，外壳，底座进行评审，提出修改意见和建议。
时间3天
4.评审后的方案修改与优化
内容：根据评审最终确定的方案进行修改，细化图纸。
时间：一周
5.再次验证性能
内容：将修改优化后的图纸通过3D打印机打印出样品，再次进行烟箱试验验证响应性能，根据实验参数初步制定一套算法，与标准头对比火灾灵敏度试验。
调整电路参数和程序，使其满足标准要求。
准备出5套样品，到沈阳消防所进行火灾灵敏度委托检验。
时间：3周
6.手板加工与模具制作
内容：火灾灵敏度试验合格后，联系注塑厂进行加工手板，确认无问题后开始加工模具
时间50天
7.CPU，电路方案的选择与测试
内容：可再增加一款集成运放的CPU方案，设计电路原理与PCB，调试程序，并与其他方案对比试验性能。
优化电源电路和回码电路，并测试。
测试不同厂家和不同灵敏度的对管。
选择其中最优方案。
测试贴片铝电解电容。
时间：一个月
8.优化程序算法，按新标准要求增加报污染功能
内容：优化报火警算法。
通过沙尘试验箱按标准进行试验，测试基础实验参数，按照新标准要求找出合适的算法。
增加该算法后需要再次进行烟箱试验和对比火灾灵敏度试验。
时间：一周
9.提高非烟雾颗粒抗干扰能力
内容：通过模拟灰尘，水雾等非火灾颗粒进入迷宫，监控前，后，散射方式和不同波长发射管的采样结果，与正常的烟雾进行比较，找出其中可以区别的方法。
设计出相对应的程序算法。
增加该算法后需要再次进行烟箱试验和对比火灾灵敏度试验。
时间：一周
10.测试模具加工样品
内容：验证迷宫和外壳样品是否符合图纸要求，与线路板组装后进行基本功能测试，通过烟箱试验和对比火灾灵敏度试验微调参数。
测试各项基本功能，环境试验。
总结存在的问题，修改模具。
时间：一周
11.修改模具，再次送样
时间：2周
12.CPU，电路方案的评审与确定
内容：总结对比各个CPU型号及电路方案的优缺点，组织各个部门进行评审，确定CPU的选择和电路原理。
时间：3天
13.优化电路方案
内容：根据评审确定的电路方案进行优化，优化PCB布局，请购线路板和漏板，请购相关元件和迷宫外壳等。
时间：一周
14.满回路测试
焊接线路板，安装迷宫外壳并调试正常。
满回路待机测试，进行各项满回路压力测试。
准备样品再次去沈阳进行火灾灵敏度委托检验。
去北京做电磁兼容试验。
六：备选迷宫方案（示意图）
1.两发一收复合式迷宫结构（前/后向散射复合方式）
2. 前/后向散射复合方式
3.两发一收立式迷宫结构
4.两发一收卧式迷宫结构。