半导体光检测器
PIN和APD介绍
P I N:p o s i t i v e-i n t r i n s i c-n e g a t i v e（P型半导体-杂质-N型半导体）APD:avalanche photodiode（雪崩二极管）饱和光功率又称饱和光功率即指最大负载。
指在一定的传输速率下，维持一定的误码率（10-10～10-12）时的光模块接收端最大可以探测到的输入光功率。
当光探测器在强光照射下会出现光电流饱和现象，当出现此现象后，探测器需要一定的时间恢复，此时接收灵敏度下降，接收到的信号有可能出现误判而造成误码现象，而且还非常容易损坏接收端探测器，在使用操作中应尽量避免超出其饱和光功率。
因此对于发射光功率大的光模块不加衰减回环测试会出现误码现象。
当APD输入光功率达到一定强度的时候，输出的光电流将趋于饱和。
随着温度的升高，APD的击穿电压V BR也随着上升，如果APD的工作电压（即高压）不变，APD的光电检测性能会变弱，灵敏度降低。
APD的倍增因子代表倍增后的光电流与首次光电流之比。
如图：由图可知，倍增因子M与反向偏置电压有关（反偏电压越大，斜率越大，M越大。
理论上反偏电压接近击穿电压时，M趋于无穷大。
），所以说他是可调的。
同时可以看到APD雪崩光电二极管还存在一个雪崩电压（击穿电压）V B。
当反偏电压大于击穿电压时，M会急剧增大处于雪崩状态。
但此时产生的倍增噪声会远远大于倍增效应带来的好处。
因此实际使用中，总是把反偏电压调到略小于雪崩电压的地方。
APD倍增因子M的计算公式很多，一个常用的公式为 M=1/1-(v/vB)n式中: n 是由P-N 结材料决定的常数; V B 为理想反向偏压; V 为反向偏压的增加值。
对于Si 材料,n =1. 5 ～ 4 ;对于Ge 材料n = 2. 5～8 。
由式中还可看出,当| V | →| V B | 时, M → ∞, P-N结将发生雪崩击穿。
由公式可知，同样材料的APD管，同样偏置电压情况下，击穿电压越大，倍增因子越小。
半导体光电探测器的发展与应用
半导体光电探测器的发展与应用半导体光电探测器是一种基于半导体材料和光电效应原理构造而成的器件，可以将光信号转化成电信号。
由于其高灵敏度、高速响应和稳定性等优良特性，被广泛应用于光通信、光学成像、环境监测、医学诊断等领域。
本文将围绕半导体光电探测器的发展历程、结构及原理、现状和应用等方面展开论述。
一、发展历程半导体光电探测器的发展可以追溯到20世纪20年代，当时光电效应和半导体性质的研究取得了突破性进展。
到了20世纪50年代，半导体光电探测器开始得到广泛的关注和研究。
1960年代出现的PN结光电二极管，成为第一代光电探测器。
1980年代中期，出现了速度较快、灵敏度更高的探测器，如PIN结光电二极管、Avalanche光电探测器等。
1990年代中期以后，半导体光电探测器的研究重点开始向复杂结构和新型材料的探索转移。
目前，半导体光电探测器已经成为了光电信息处理、物理学研究和制造业等领域的重要技术。
二、结构及原理半导体光电探测器的结构基本上都是由多层P型半导体、N型半导体和Intrinsic半导体组成。
其中，P型半导体和N型半导体通过PN结连接。
当光子入射到PN结上时，会激发出电子，从而改变了PN结的电流和电压差。
Intrinsic半导体通常会被用作增加载流子储存的区域。
半导体光电探测器的工作原理是通过光电效应将光子转化成电子，从而改变器件的电学性质。
光电效应是指当光子入射到半导体材料上时，会激发出电子，从而产生电位能差。
当光照射到器件上时，产生的载流子将被探测电路收集。
三、现状目前，半导体光电探测器的技术发展已经较为成熟。
在高速通信领域，APD、PIN-TIA等探测器被广泛应用于数字光纤通信和模拟光纤通信等领域。
在太空探测领域，半导体光电探测器被用于搜集天体的光与辐射等信息。
此外，半导体光电探测器还应用于光学成像、环境监测、医学诊断等领域。
随着科技的不断进步，半导体光电探测器的应用前景将更广阔。
四、应用半导体光电探测器的广泛应用主要体现在以下几个方面：1.光通信半导体光电探测器在光通信中起着至关重要的作用。
光检测器的工作原理
光检测器的工作原理
光检测器是一种用于检测和测量光的仪器，它基于光的性质进行工作。
以下是光检测器的工作原理：
1. 光电效应：光检测器利用光电效应将光能转化为电能。
当光线照射到光检测器的光敏材料上时，光子能量会导致原子或分子中的电子发生跃迁，从而产生自由电子和空穴对。
这些电子和空穴对可以被电场收集，并在电极上产生电流。
2. PN结：一些光检测器使用PN结来实现光电转换。
PN结是由一个P型半导体和一个N型半导体组成的结构。
当光线照射到PN结上时，光子的能量会打破晶格结构，产生电子和空穴对。
由于PN结的结构，电子和空穴会在电场的作用下被分离，形成电荷集中区。
这些电荷可以在电极上产生电流。
3. 光电二极管：光电二极管是一种常见的光检测器，它利用PN结的光电效应来测量光的强度。
当光线照射到光电二极管上时，光子的能量会产生电子和空穴对。
由于电极的存在，电子和空穴会被分离并形成电流。
通过测量电流的变化，可以确定光的强度。
4. 其他类型的光检测器：除了光电二极管以外，还有其他一些常见的光检测器，如光敏电阻、光电管等。
这些光检测器利用不同的工作原理，但都基于光的性质进行测量。
总的来说，光检测器的工作原理是通过将光能转化为电能来测
量光的强度或其他特性。
不同类型的光检测器可能使用不同的机制，但它们的基本原理都是利用光电效应来实现的。
半导体光电探测器的原理及其应用
半导体光电探测器之阳早格格创做纲要：本文介绍了光电与系统的组成、一些半导体光电探测器的处事本理及其个性，末尾叙述了光电导探测器与光伏探测器的辨别.闭键词汇：半导体光电探测器，光电系统，光电导探测器，光伏探测器弁止光电探测器是一种受光器件,具备光电变更功能.光敏器件的种类繁琐,有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光晶闸管、集成光敏器件等;有雪崩型的及非雪崩型的;有PN 结型、PIN结型及同量结型的等.由于光电探测器的赞同速度快,体积小,暗电流小,使之正在光纤通讯系统、光纤尝试系统、光纤传感器、光断绝器、彩电光纤传输、电视图象传输、赶快光源的光探测器、微小光旗号的探测、激光测距仪的接支器件、下压电路中的光电丈量及光电互感器、估计机数据传输、光电自动统造及光丈量等圆里得到了广大应用.半导体光电探测器是用半导体资料创造的能接支战探测光辐射的器件.光映照到器件的光敏区时，它便能将光旗号转形成电旗号，是一种光电变更功能的测光元件.它正在国防战工农业死产中有着要害战广大的应用.半导体光电探测器可分为光电导型战光伏型二种.光电导型是指百般半导体光电导管，即光敏电阻；光伏型包罗光电池、P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等.本文最先介绍了光电系统的组成，而后分别介绍其处事本理及其个性，末尾将那二类探测器举止比较.一、光电子系统的组成系统又称为收射天线，果为光波是一种电磁波，收射光教系统所起的效率战无线电收射天线所起的效率真足相共.收支进去的光旗号通过传输介量，如大气等，到达接支端.由接支光教系统或者接支天线将光散焦到光电探测器上，光电过少距离传输后会衰减，使接支到的旗号普遍很强，果此需要用前置搁大器将其搁大，而后举止解码，还本成收支端本初的待传递旗号，末尾由末端隐现器隐现出去.图1-1光电子系统图二、半导体探测器的本理1、光电导探测器光电导探测器主假如通过电阳值的变更去检测，以下尔将以光敏电阻为例介绍其处事本理.光敏电阻又称光导管, 它不极性, 杂粹是一个电阻器件, 使用时既可加曲流电压, 也不妨加接流电压.无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很大, 电路中电流（暗电流）很小. 当光敏电阻受到一定波少范畴的光照时, 它的阻值（明电阻）慢遽缩小, 电路中电流赶快删大. 普遍期视暗电阻越大越佳, 明电阻越小越佳,此时光敏电阻的敏捷度下. 本量光敏电阻的暗电阻值普遍正在兆欧级, 明电阻正在几千欧以下.它的处事本理图如2-1图当不光照时，Rd=10断路当有光照时，Rd= 导通2、光伏探测器光伏探测器鉴于光照爆收电势好，用测电势好的本理.它分为光电池与光电二极管二种典型，光电池主假如把光能变更为电能的器件，暂时有硒光电池、硅光电池、砷化镓及锗光电池等，但是暂时使用最广的是硅光电池.光电二级管分为P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等.以下尔将分别介绍其处事本理及其个性. 1）P-N结光电二级管2）PIN光电二级管PIN光电二极管又称赶快光电二极管，与普遍的光电二极管相比，它具备不的时间常量，并使光谱赞同范转背少波目标移动，其峰值波少可移至1.04~1.06um而与YAG激光器的收射波少相对于应.它具备敏捷度下的便宜，所以通时常使用于强光检测（线性）.它的结构图如2-3所示，它是由P型半导体战N型半导体之间夹了一层本征半导体形成的.果为本征半导体近似于介量，那便相称于删大了P-N结结电容二个电极之间的距离，使结电容变得很小.其次，P型半导体战N型半导体中耗尽层的宽度是随反背电压减少而加宽的，随着反偏偏压的删大，结电容也要变得很小.由于I层的存留，而P区普遍干得很薄，进射光子只可正在I层内被吸支，而反背偏偏压主要集结正在I区，产死下电场区，I区的光死载流子正在强电场效率下加速疏通，所以载流子渡越时间常量（）减小，进而革新了光电二极管的频次赞同.共时I层的引进加大了耗尽区，展宽了光电变更的灵验处事地区，进而使敏捷度得以普及.3）雪崩光电二级管雪崩光电二级管（APD）是得用光死载流子正在下电场区内的雪崩效力而赢得光电流删益，具备敏捷度下、赞同快等便宜，通时常使用于激光测距、激光雷达、强光检测（非线性）.APD雪崩倍删的历程是：当光电二极管的p-n结加相称大的反背偏偏压时，正在耗尽层内将爆收一个很下的电场，它脚以使正在强电场区漂移的光死载流子赢得充分的动能，通过与晶格本子碰碰将爆收新的电子-空穴对于.新的电子-空穴对于正在强电场效率下，分别背好同的目标疏通，正在疏通历程中又大概与本子碰碰再一次爆收新的电子-空穴对于.如许反复，产死雪崩式的载流子倍减少.那个历程便是APD的处事前提.APD普遍正在略矮于反背北脱电压值的反偏偏压下处事.正在无光照时，p-n结不会爆收雪崩倍删效力.但是结区一朝有光映照，激励出的光死载流子便被临界强电场加速而引导雪崩倍删.若反背偏偏压大于反背打脱电压时，光电流的删益可达（十的六次圆）即爆收“自持雪崩倍删”.由于那时出现的集粒噪声可删大到搁大器的噪声火仄，以以致器件无法使用.4）光电三级管光电三级管与光电二极管比较，光电三级管输出电流较大，普遍正在毫安级，但是光照个性较好，多用于央供输出电流较大的场合.光电三极管有pnp战npn型二种结构，时常使用资料有硅战锗.比圆用硅资料创造的npn型结有3DU型，pnp型有3CU型.采与硅npn型光电三极管，其暗电流比锗光电三极管小，且受温度变更效率小，所以得到位广大应用.底下以3DU型光电三极管为例证明它的结构、处事本理与主要个性.3DU型光电三极管是以p型硅为基极的三极管，如图2-4（a）所示.由图可知，3DU管的结媾战一般晶体管类似，不过正在资料的掺杂情况、结里积的大小战基极引线的树立上战一般晶体管分歧.果为光电三极管要赞同光辐射，受光里即集电结（bc结）里积比普遍晶体管大.其余，它是利用光统造集电极电流的，所以正在基极上既可树立引线举止电统造，也不妨不设，真足共光一统造.它的处事本理是处事时各电极所加的电压与一般晶体管相共，即要包管集电结反偏偏置，收射正偏偏听偏偏置.由于集电结是反偏偏压，正在结区有很强的内修电场，对于3DU管去道，内修电场目标是由c到b的.战光电二极管处事本理相共，如果有光照到集电结上，激励电子-空穴对于，接着那些载流子被内修电场分散，电子流背集电极，空穴流背基极，相称于中界背基极注进一个统造电流Ib=Ip.果为收射打队结是正偏偏置的，空穴则留正在基区，使基极电位降下，收射极便有洪量电子经基极流背集电极，总的集电极电流为Ic=Ip+βIp=(1+β)Ip，式中β为电流删益系数.由此可睹，光电三极管的集电结是光电变更部分.共时集电极、基极、收射极形成一个有搁大效率的晶体管.所以正在本理上不妨把它瞅万里一个由光电二极管与一般晶体管分散而成的拉拢件，如图2-4(b)所示.光电三级管另一个个性是它的明暗电流比要比光电二极管、光电池、光电导探测器大，所以光电三极管是用去做光启闭的理念元件.3．光电导探测器与电伏探测器的辨别1）光电导探测器是均值的，而光伏探测器是结型的.2）光。
半导体探测器的探测原理
半导体探测器的探测原理
半导体探测器的基本结构是p-n结。
它由p型半导体和n型半导体材料组成，这两种材料通过接触形成一个结。
在p-n结中，p型的材料处于正电位，n型的材料处于负电位。
当半导体处于不受光照射时，两种材料之间会形成一个正电势差，形成电场。
当有入射光照射到半导体探测器中时，光子将撞击半导体材料中的原子。
这将导致一些电子被激发到能量较高的能级。
在p-n结的界面处，正电势差会使得被激发的电子向p型区移动，而正空穴则向n型区移动。
这些移动的电子和空穴将导致电流的变化。
这是因为电子和空穴在移动的过程中会与材料中的原子相互作用，发生电离和复合等过程。
被激发的电子和正空穴将继续与周围的离子产生相互作用，形成一系列电子空穴对。
这些电子空穴对会以电流的形式流动，形成一个电信号。
此外，半导体探测器还可以通过对电信号的时间参数进行分析来获取更多的信息。
不同入射光子的能量会导致电信号的上升时间和下降时间不同。
通过测量电流的上升和下降曲线，可以确定入射光子的能量范围和事件的时间特征。
总结起来，半导体探测器的探测原理是通过入射光子激发半导体材料中的电子空穴对，产生电信号。
该电信号的强度和时间特征可以用于确定入射光子的能量和其他信息。
这使得半导体探测器成为许多领域中不可或缺的工具。
半导体光学检测设备结构
半导体光学检测设备结构概述半导体光学检测设备是一种基于半导体材料的光学元件和电子器件相结合的仪器设备，用于检测和测量光学信号。
其结构由光源、光学器件、探测器和信号处理电路等组成，通过光学原理实现对光信号的检测和分析。
一、光源光源是半导体光学检测设备的重要组成部分，用于产生光信号。
常见的光源有激光器、发光二极管（LED）和光纤等。
激光器具有高亮度、窄谱宽、高方向性等特点，适用于高精度的光学检测；LED 光源则具有低成本、高亮度、长寿命等特点，适用于一般光学应用。
二、光学器件光学器件是半导体光学检测设备中的核心部件，用于对光信号进行调节和处理。
常见的光学器件有透镜、棱镜、光栅和光纤等。
透镜用于对光信号进行聚焦或散射，改变光线的传播方向和形状；棱镜则用于光的折射和色散；光栅是一种用于分光和光谱分析的光学器件；光纤则用于传输光信号，具有低损耗、高带宽等特点。
三、探测器探测器是半导体光学检测设备中的关键组件，用于将光信号转化为电信号。
常见的探测器有光电二极管（Photodiode）、光电倍增管（Photomultiplier Tube）和光电导（Photodiode）等。
光电二极管是一种基于半导体材料的光电转换器件，具有高灵敏度、快速响应和低噪声等特点；光电倍增管能将微弱的光信号放大，提高检测灵敏度；光电导是一种用于高速光信号检测的器件，具有高速响应和低噪声等特点。
四、信号处理电路信号处理电路是半导体光学检测设备中的重要组成部分，用于放大、滤波和数字化处理光信号。
信号处理电路常包括前置放大器、滤波器、模数转换器和数字信号处理器等。
前置放大器用于放大微弱的光信号，提高信号质量；滤波器用于去除杂散信号和噪声，提高信号的纯净度；模数转换器将模拟信号转换为数字信号，便于后续数字处理；数字信号处理器用于对数字信号进行处理、分析和存储。
五、其他组件除了上述主要组件外，半导体光学检测设备中还包括光学滤光片、光学隔离器、光学声光调制器等辅助组件。
半导体光电探测器原理及优化方法
半导体光电探测器原理及优化方法半导体光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，广泛应用于光通信、光电子学、光学传感等领域。
本文将介绍半导体光电探测器的工作原理，并探讨其优化方法。
一、原理半导体光电探测器是通过光生或热生成电荷载流子来实现光电转换的。
其工作原理主要涉及以下几个关键过程：1. 光吸收：当光照射到半导体材料上时，光子与原子之间发生相互作用，导致电子能级的跃迁。
这种跃迁可以通过直接带隙吸收或间接带隙吸收来实现。
2. 电荷生成：吸收能量的光子会激发半导体材料内的电子从价带跃迁到导带，形成自由电子和空穴。
这种电子空穴对的形成可以通过光电效应或热激励来实现。
3. 电荷传输：生成的电子和空穴会在半导体内发生迁移，并在外加电场的作用下分别向电极移动。
这种电荷迁移过程可以通过扩散、漂移和电场效应来实现。
4. 电荷收集：最后，电子和空穴会在电极上被收集形成电流信号。
这个过程需要有效的电荷收集区域和电荷收集结构来实现高效的电流转换。
二、优化方法为了提高半导体光电探测器的性能，可以采取以下一些优化方法：1. 材料选择：不同的半导体材料具有不同的带隙结构和光吸收特性。
根据实际需求，选择能够匹配光源波长、具有较高吸收系数和较小吸收损耗的材料，可以提高光电转换效率。
2. 结构设计：优化器件的结构设计能够有效提高电子和空穴的收集效率。
例如，在光电探测器的表面引入光栅结构，可以增加光电子的吸收深度和电子在电极上的收集效率。
3. 探测区域增大：增大探测区域可以提高器件接收光信号的能力。
通过工艺优化，增大活动面积，可以有效提高器件的灵敏度和响应速度。
4. 降低噪声：降低器件的噪声水平对于提高探测器的信噪比非常重要。
采取合适的工艺控制和电路设计，降低暗电流和暗电流噪声，可以有效提高器件的信号检测精度。
5. 温度控制：温度对半导体光电探测器的工作性能影响较大。
保持器件在适宜的温度范围内工作，可以提高器件的稳定性和可靠性。
半导体光电探测器技术发展的书籍
半导体光电探测器技术作为一项重要的科学技术，一直以来受到人们的广泛关注和研究。
随着科学技术的不断发展，半导体光电探测器技术也在不断取得突破和进步。
近年来，有关半导体光电探测器技术发展的书籍也逐渐增多，这些书籍深入探讨了半导体光电探测器的原理、工艺及应用等方面的内容。
本文将对半导体光电探测器技术发展的书籍进行介绍和分析。
一、《半导体光电探测器技术》这本书是由半导体光电探测器技术领域的权威专家撰写的，全面系统地阐述了半导体光电探测器的原理、结构、工艺和性能等方面的知识。
书中详细介绍了各类半导体光电探测器的制备工艺，并深入讨论了其在通信、医疗、安防等领域的应用。
该书还对半导体光电探测器技术的未来发展进行了展望，对读者进行了深入而全面的引导和启发。
二、《半导体光电探测器物理与技术》这本书系统全面地介绍了半导体光电探测器的物理原理和制备技术。
作者对于半导体材料的光电性能进行了深入的分析，通过丰富的实验数据和实例，生动地展现了半导体光电探测器的工作原理和性能特点。
该书在介绍半导体光电探测器的基础知识的还重点关注了其在红外探测、光通信和激光雷达等领域的应用前景，为相关领域的科研人员提供了宝贵的参考和借鉴。
三、《半导体光电探测器技术及应用》这本书从实际应用的角度出发，系统地介绍了半导体光电探测器的技术原理、研究现状及发展趋势。
作者以通俗易懂的方式，将复杂的理论知识转化为鲜活的案例和实践经验，有助于读者更好地理解和掌握半导体光电探测器技术。
该书还涵盖了半导体光电探测器在军事、航空航天、环境监测等领域的广泛应用，为读者呈现了半导体光电探测器技术的巨大潜力和市场前景。
四、《半导体光电探测器技术发展与应用》这本书系统地介绍了半导体光电探测器技术的发展历程、研究现状及未来趋势。
作者深入剖析了半导体光电探测器在红外成像、光通信、生物医学等领域的应用情况，并对其在新能源、新材料等领域的未来发展进行了前瞻性分析。
该书内容全面、权威，是一部系统了解半导体光电探测器技术的重要参考书。
光器件
光器件
光器件是光通信系统中的关键，功能包括发送接收，波分复用，增益放大，开关交换，系统管理等，分为有源器件和无源器件。
1.光有源器件
光有源器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件，需要外加能源驱动工作，是光传输系统的心脏。
包括：半导体光源（LD,LED,DFB,QW,S QW,VCSEL）；半导体光探测器（PD,PIN,APD）；光纤激光器（OFL：单波长、多波长）；光放大器（SOA、EDFA）；光调制器（EA）等。
光源器件：光纤通信设备的核心，其作用是将电信号转换成光信号送入光纤。
光纤通信中常用的光源器件主要有，半导体激光器（LD）和半导体发光二级管（LED）。
半导体光电检测器：是将光信号转换成电信号的器件，主要有光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。
光放大器：近年来，光纤放大器成为光有源器件的新秀，当前大量应用的是掺铒光纤放大器（EDFA），此外，还有很有应用前景的拉曼光放大器。
2.光无源器件
无源器件是光通信系统中需要消耗一定的能量、具有一定功能而没有光—电或电—光转换的器件，不需要外加能源驱动工作。
包括光纤连接器、光纤耦合器、波分复用器、光开关、光滤波器、光衰减器、光隔离器与环形器等，是光传输系统的关节。
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半导体照明检测设备的技术原理与设计
半导体照明检测设备的技术原理与设计半导体照明检测设备是一种用于评估光照质量和照度水平的工具。
它能够测量光源发出的光照强度、光的波长以及光的色温等关键参数，以帮助人们设计和选择适宜的照明设备。
本文将详细介绍半导体照明检测设备的技术原理与设计。
一、技术原理半导体照明检测设备的技术原理主要基于光的光电效应以及光的电磁波性质。
当光照射到半导体器件上时，光子的能量将被传递给半导体材料中的电子，使其跃迁到导带中。
通过测量导带中的电子数目，可以得知光照的强度。
1. 光电二极管光电二极管是一种常用的半导体照明检测器件。
它采用一对PN结构，当光照射到PN结上时，电子和空穴将被激发并分离。
由于PN结的正偏压，电子将被引入N区域，而空穴被引入P区域，产生电流。
光电二极管的输出电流与光照强度成正比，因此可以通过测量输出电流来确定光照水平。
2. 光敏电阻光敏电阻是另一种常见的半导体照明检测器件。
它的工作原理是基于半导体材料的电阻在光照条件下的变化。
当光照射到光敏电阻上时，半导体材料中的载流子将被激发并增多，从而导致电阻的变化。
通过测量电阻变化，可以间接得知光的强度。
3. 光频传感器光频传感器是一种能够测量光的频率和波长的检测器件。
它通常使用一种特殊的光纤传输系统，将光信号传送至光电探测器。
通过测量光电探测器接收到的光信号的频率和波长，可以精确地确定光源的参数。
二、设计要点半导体照明检测设备的设计需要考虑多个因素，包括测量精度、响应速度和环境适应性等。
1. 测量精度半导体照明检测设备的测量精度是评估其性能优劣的关键指标之一。
为了提高测量精度，可以采用高质量的光敏元件，并与精密的信号处理电路相结合。
此外，还需要进行定标和校准，以确保测量结果的准确性和一致性。
2. 响应速度半导体照明检测设备的响应速度决定了其在快速变化的光照条件下的适用性。
为了提高响应速度，可以采用快速响应的光电探测器，并优化信号处理电路的设计。
此外，还可以选择合适的采样率和滤波器参数，以平衡响应速度和测量稳定性。
第3节教材光收发设备
3. 光学谐振腔
• 图3-8 光学谐振腔的结构
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3. 光学谐振腔
• 图3-9 激光器示意图
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3. 光学谐振腔
• 综合上述分析可知，要构成一个激光器，必须具备以下三个组成部分: 工作物 质、泵浦源和光学谐振腔。
• 工作物质在泵浦源的作用下发生粒子数反转分布，成为激活物质，从而有光的 放大作用。
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3. 光和物质的相互作用
• 图3-6 原子的受激吸收
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3. 光和物质的相互作用
（3）受激辐射 处于高能级E2的电子, 当受到外来光子的激发而跃
迁到低能级E1时, 放出一个能量为hf的光子。由于这个过 程是在外来光子的激发下产生的, 因此叫做受激辐射。 受激辐射的特点如下。 ① 外来光子的能量等于跃迁的能级之差。 ② 受激过程中发射出来的光子与外来光子不仅频率相同, 而且相位、偏振方向和传播方向都相同, 因此称它们 是 全同光子。 ③ 这个过程可以使光得到放大。
24
3. 光和物质的相互作用
• 图3-7原子的受激辐射
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3.1.2 激光器的工作原理
• 激光器是指能够产生激光的自激振荡器。 • 要使得光产生振荡, 必须先使光得到放大,
而产生光放大的前提, 由前面的讨论可知, 是 物质中的受激辐射必须大于受激吸收。 • 受激辐射是产生激光的关键。
26
3.1.2 激光器的工作原理
“0”码平均发送光功率之比。可用下式表示
（3-1）
式中, P11为全“1”码时的平均光功率；P00为 全 “0”码时的平均光功率。一般要求EXT≥10dB 。
5
3.0.1 光发送机
（3）调制特性要好 所谓调制特性好, 是指光源的P−I曲线在使用范围内 线性特性好, 否则在调制后将产生非线性失真。 除此之外, 还要求电路尽量简单、成本低、稳定性 好、光源寿命长等。
55半导体探测器的应用
测器都是用交流耦合输出的, 其桶部是采用单边读出的硅
微条探测器, 而H－DISK 和F－DISK部分是采用双边读出
的硅微条探测器。读出电子学都是采用集成电路SVXIIb,
每一片SVXIIb就有128 路读出。
2012/11/14
中国科大 汪晓莲
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2. STAR Silicon Vertex Tracker
的永久磁铁、飞行时间探测器、切 伦科夫探测器、量能器等紧密配合， 希望在宇宙线中寻找反物质和暗物 质。
中国科大 汪晓莲
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AMS Silicon Tracker
物理基础：
dE dx
Kz 2
Z A
1
2
ln
E max kin I
2
2
9 planes: 18 to 26 ladders Ladder : 7 to 15 double-sided
• LHC的ATLAS、 CMS采用硅微条探测器代替漂移室作径 迹测量。
2012/11/14
中国科大 汪晓莲
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1. D0顶点探测器 F－Disk
桶部
H－Disk
美国费米实验室D0实验采用硅微条探测器作顶点探测器。
为了增大覆盖立体角, 除了桶部设计得比较长外, 还设计了
H－DISK 和F－DISK。这个顶点探测器所用的硅微条探
r = 22 cm
IST – Inner Silicon Tracker
r = 14 cm
PXL – Pixel Detector
r = 2.5, 8 cm
We track inward from the TPC with graded resolution:
(整理)光电课程设计_光学仿真.
概述：一、光源在光纤通信系统中，光源器件可实现从电信号到光信号的转换，是光发射机以及光纤通信系统的核心器件，它的性能直接关系到光纤通信系统的性能和质量指标。
光纤通信系统要求光源具有合适的发射波长，处在光纤的低损耗窗口之中；有足够大的输出功率，从而有较长的传输距离；有较窄的发光谱线，可以减少光纤的色散对信号传输质量的影响；易于与光纤耦合，确保更多的光功率进入光纤；易于调制，响应速度要快，调制失真小，带宽大；在室温下能连续工作，可靠性高，寿命至少在10万小时以上。
下面简单介绍已广泛应用的两类半导体光源：半导体发光二极管（LED ）和半导体激光二极管（LD ）。
1 发光二极管（LED ）发光二极管（LED ）是低速、短距离光波通信系统中常用的光源。
其寿命很长，受温度影响较小，输出光功率与注入电流的线性关系较好，价格也比较便宜。
驱动电路简单，不存在模式噪声等问 题。
发光二极管结构简单，是一个正向偏置的PN 同质结，电子-空穴对在耗尽区辐射复合发光，称为电致发光。
发出的部分光耦合进入光纤供传输使用。
LED 所发出的光是非相干光，具有较宽的谱宽（30～60nm ）和较大的发射角（≈100°）。
自发辐射产生的功率是由正向偏置电压产生的注入电流提供的，当注入电流为I ，在稳态时，电子-空穴对通过辐射和非辐射复合，其复合率等于载流子注入率I/q ，其中发射电子的复合率决定于内量子效率ηint ，光子产生率为(I ηint/q)，因此LED 内产生的光功率为()int int /P w q η= (2.1)式中，ω 为光量子能量。
假定所有发射的光子能量近似相等，并设从LED 逸出的功率占内部产生功率的份额为ηext ，则LED 的发射功率为()int int /e ext ext P P w q I ηηη== (2.2) ηext 亦称为外量子效率。
由上式可知，LED 发射功率P 和注入电流I 成正比。
半导体光电探测器的制备及其应用研究
半导体光电探测器的制备及其应用研究随着科技的不断进步，人们对新材料的研究和应用也越来越深入。
半导体材料作为一种重要的功能材料，在信息、电子等领域有着广泛的应用。
而其中的光电探测器则是半导体材料应用的重要组成部分。
本文将针对半导体光电探测器的制备及其应用进行探讨。
一、半导体光电探测器概述半导体光电探测器是指利用半导体材料作为检测元件并通过其结构设计使其对光信号转换成电信号的器件。
根据其基本原理，可以将光电探测器分为两类：光电二极管和光电倍增管。
光电二极管主要由PN结组成，当光照射到PN结时，光电子和空穴会在PN结内部释放，形成一个电荷对，并导致PN结中载流子的扩散和漂移。
此时，如果PN结中的电场适当调整，就可以使得电荷对被不对称地移动到PN结中的一个极端，形成电荷分离。
最终产生的电信号与光入射到光电二极管的能量密度成正比。
光电倍增管则主要通过二次发射的方式将光信号转变为电信号。
光电倍增管一般由光阴极、象增加管和输出结构三个部分组成。
当光照射到光阴极时，光电子被激发而成为自由电子，进入极小场镜面，由于其表面粗糙，自由电子将相继发生多次离子化，进而产生大量二次电子。
这些二次电子在愈来愈强的电场的作用下，被加速到像增加管中，并在其中产生电子增益效应，使得输出电流远大于输入光信号。
二、半导体光电探测器制备技术面对不同应用场景的需要，对半导体光电探测器的性能和可靠性有着不同的要求。
因此，在制备半导体光电探测器时需要科学地选择合适的半导体材料、器件结构及制备技术。
半导体光电探测器的制备主要分为四个方面：半导体材料选择、器件结构设计、微纳加工工艺和封装技术。
1.半导体材料选择根据不同应用的需求，半导体材料可以选择Silicon(Si)、Indium gallium arsenide(InGaAs)、Gallium arsenide(GaAs)、Mercury cadmium telluride(HgCdTe)等材料。
半导体光子学与光电子器件
半导体光子学与光电子器件光子学是研究光的特性和光与物质相互作用的科学，而半导体光子学则是光子学在半导体材料中的应用。
随着光纤通信、激光技术、太阳能电池等领域的快速发展，半导体光子学和光电子器件成为当今科技领域的热门话题。
半导体光子学的研究主要集中在光的生成、调制、传输和控制等方面。
其中，最重要的组成部分是光电子器件。
光电子器件在现代通信和信息技术中占据着至关重要的地位。
它们能够将光信号转换成电信号或者将电信号转换成光信号，从而实现光与电之间的相互转换。
激光器是光电子器件中最为关键的组件之一。
激光器是一种能够产生高强度、单色、一致相位的光束的装置。
它在医疗、通信、材料加工等领域有着广泛应用。
与传统的光子学器件相比，半导体激光器具有体积小、功耗低、效率高等优势。
因此，半导体激光器在光纤通信和激光雷达等应用中得到了广泛的应用。
半导体光电子器件还包括光检测器和太阳能电池等。
光检测器是一种能够将光信号转换成电信号的器件。
在光通信系统中，光检测器用于将光信号转换成电信号以实现光的接收和解调。
而太阳能电池则是能够将光能转换成电能的器件。
随着对可再生能源的需求不断增加，太阳能电池作为一种绿色能源的代表，正在得到越来越广泛的应用。
除了激光器、光检测器和太阳能电池之外，半导体光子学还涉及到其他一些重要的光电子器件，如光纤光栅、光调制器等。
光纤光栅是一种能够通过改变光纤中的折射率来调制光的器件。
它被广泛应用于光纤通信系统中的光滤波、光谱分析等方面。
光调制器则是一种能够通过改变光的强度、相位或频率来调制光的器件。
它在光通信和光存储等领域有着重要的应用。
当前，半导体光子学和光电子器件的研究方向主要集中在提高器件性能和开发新型器件上。
例如，人们正在努力提高激光器的输出功率和转换效率，以满足高速通信、激光雷达等领域的需求。
同时，人们还在探索新的半导体材料和器件结构，以实现更高的集成度和更好的器件性能。
总之，半导体光子学与光电子器件是当今科技领域的热门研究方向。
半导体光电探测器PPT课件
计量起伏噪声（以起伏噪声电压 n ( t为) 例，噪声电流 i n ( t )类似）
n (t) 0噪声电压平均值的瞬间振幅和相位随时间呈无规则变化
___
2 n
均方值完全确定，表示单位电阻上所消耗的噪声平均功率
___
2 n
—计量噪声电压大小
___
2 n
—起伏噪声电压有效值
____记__为_____V_n2
光电导探测器
光电导探测器（弱辐射下）
设模型为N型材料（P型同此分析）
若光功率P沿x方向均匀入射，光电导材料的吸收系数为
则入射光功率在材料内部沿x方向的变化为
P(x)Pexp(x) （P为x=0处入射功率）
x处光生载流子的浓度设为n(x)
外加电场下，光电子的漂移电流密度光为生载流子的稳产态生率件和下复合率相等
发射的光电子数也总是围绕一个统计平均值做无规则伏。
内光电探测器中，光生载流子的产生和复合的随机性，
通过PN结的载流数总有微小的不规则起伏。
定义：
散粒噪声的均方值
Vn22eG2I0R2f
I 0 —通过探测器的平均电流
In2 2eG2I0f
Ｇ—探测器的电流内增益
#
.
22
光电探测器的噪声
低频噪声
来源：目前尚不清楚。
n和p
分别是电子和空穴浓度的增量，即光生载流子
浓度
截止波长
c
1.24 Eg (eV)
(m)
入射光子的能量须不低于本征半导 体的禁带宽度，既存在“红限”
.
# 28
光电导探测器
光电导效应
杂质半导体
光电导率增量
n enn
p enp
（N型） 电子 浓度增量 （P型） 空穴浓度增量
半导体照明检测设备的光学系统设计与优化
半导体照明检测设备的光学系统设计与优化随着科技的不断进步，半导体照明技术在照明行业中扮演着重要的角色。
在半导体照明设备中，光学系统的设计与优化是确保设备性能稳定及光能利用率最大化的关键环节。
本文将探讨半导体照明检测设备光学系统的设计原理和优化方法。
一、光学系统的设计原理1. 光学原理应用半导体照明检测设备的光学系统的设计基于光学原理应用。
其中最重要的是光的折射、反射和散射原理。
光的折射和反射现象可以通过透镜和反射镜进行引导和控制。
而光的散射现象则需要综合考虑光源、光线传播路径和检测器之间的距离，以达到合适的光照强度和均匀性。
2. 光学元件选用在半导体照明检测设备中，光学元件的选用对光学系统的性能至关重要。
常见的光学元件包括透镜、反射镜、光纤等。
透镜的选择应综合考虑透明度、折射率、焦距等参数，以满足系统的成像和集光要求。
反射镜则可以用于反射光线，减小设备尺寸，并且可以实现光线的导向。
光纤则可以将光线传输到需要测量的目标区域，实现远距离检测。
3. 光学系统布局设计半导体照明检测设备光学系统的布局设计是确保系统性能优化的关键。
布局设计需要综合考虑光源、光学元件和检测器之间的位置关系，以便实现最佳的光线传输和收集效果。
同时，布局设计还要考虑设备的尺寸限制、光照均匀性、检测范围以及可靠性等方面的因素。
二、光学系统的优化方法1. 光线模拟与分析通过光线模拟和分析技术，可以帮助优化半导体照明检测设备的光学系统。
光线模拟软件可以对光线的传播路径、传输损耗、光照强度分布等进行仿真和分析。
通过调整光学元件的位置和参数，可以优化光线的传输效果，提高光照均匀性和能量利用率。
2. 光学元件优化光学元件优化是改进半导体照明检测设备光学系统的重要手段。
通过改变透镜的曲率、焦距、厚度和材料等参数，可以改善透镜的成像效果和光线集光能力。
同时，通过改变反射镜的形状和表面质量，可以实现更高的反射效率和更小的光线损耗。
3. 光源优化光源的优化是提高半导体照明检测设备光学系统性能的关键。
光电检测器的工作原理
光电检测器的工作原理光电检测器是一种广泛应用于工业自动化、医疗、安防等领域的传感器。
它能够将光信号转换成电信号，实现对光信号的检测和测量。
本文将详细介绍光电检测器的工作原理。
一、光电检测器的分类根据其工作原理和应用场景，光电检测器可以分为多种类型，主要包括：1. 光敏二极管（Photodiode）：利用半导体材料的PN结，在光照下产生电流，实现对光信号的检测。
2. 光电二极管（Photoconductive Cell）：利用半导体材料在光照下发生导电性变化，实现对光信号的检测。
3. 光敏三极管（Phototransistor）：由普通三极管加上一个透明外壳组成，当有光照射时，透明外壳内的PN结会产生电流放大效应，从而实现对光信号的放大和检测。
4. 光电子倍增管（Photomultiplier Tube）：利用静电场和二次发射效应，在弱光下放大并转换成强电信号。
5. 其他类型：如光电导管、光电场效应管等。
二、光电检测器的工作原理以光敏二极管为例，介绍光电检测器的工作原理。
光敏二极管是一种PN结构，当有光照射到PN结时，会产生电子和空穴对。
由于PN结内部存在漂移场和扩散场，电子和空穴会向相反方向运动，并在PN结中形成一个漂移区域和扩散区域。
当漂移区域和扩散区域相遇时，就会发生复合现象，并释放出能量。
这些能量以热量和光子的形式释放出来，其中释放的光子就是我们所说的“光信号”。
当有足够多的光信号时，就可以引起PN结内部的载流子数量变化。
由于载流子数量变化引起了PN结内部电势分布的改变，从而使得PN 结两端形成不同的电势差。
这个电势差就可以通过外接元件（如负载电阻）转化为可观测的电信号。
三、应用场景由于其灵敏度高、响应速度快、体积小等特点，光电检测器被广泛应用于工业自动化、医疗、安防等领域。
例如：1. 工业自动化：用于检测流水线上的产品是否正常运行、检测机器人的位置和姿态等。
2. 医疗：用于医学成像、光学诊断等领域。
第5章光电检测器和光接收机
2 eI f d 2 id 2 x 2eI d fG
PIN APD
4、倍增特性
对于 APD，由于发生雪崩倍增效应，所以 APD还需要 用倍增特性来描述。 APD 的倍增特性有倍增因子 G 、 过剩噪声指数x等。
IM G Ip
响应时间、暗电流等，由于 APD 有雪崩倍
增效应，所以 APD 除了上述参数外还包括
倍增因子、过剩噪声指数等。
1、响应度和量子效率
描述这种器件光电转换能力也可以从另一个角 度描述，这就是量子效率 η ，定义为产生的光 生电子-空穴对数占入射光子数的百分比。
响应度是描述这种器件光电转换能力的物理量。
第二级：反控制作用，即IC放大器增益与控制电压 AGC2成反比。即：入射光功率弱时，AGC2电压下 降，IC放大器增益变大；入射光功率强时，AGC2 电压升高，IC放大器增益变小。
均衡滤波器作用：对主放大器输出的失真的数字 脉冲信号进行整形，使其变为升余弦信号，以利于克 服码间干扰进行幅度判决。 ① 没有均衡滤波器将出现这些现象
由APD的偏压来控制 一般：40-100
过剩噪声指数
F (G ) G
x
5.3 光接收机
1．光接收机的组成
直接检测数字光纤通信接收机一般由三个部分组成， 即光接收机的前端、线性通道和数据恢复三个部 分。
前放
主放 均衡滤波 判决器 译码器
自动增益控制
时钟恢复
前端
线性通道
数据恢复
1)光接收机前端
根据不同的应用要求，前端的设计有三种 不同的方案。 (1)低阻抗前端
(2)高阻抗前端
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§4.PN结雪崩二极管(APD）(续）
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§4.PN结雪崩二极管(APD）(续）
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§4.PN结雪崩二极管(APD）(续）
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光检测器 讲 义
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光纤通信基础
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§1.光检测器（photodetector）
将光信号转换为电信号； 有两种：半导体PIN光电二极管（PIN-PD）； 半导体雪崩光电二极管（APD-PD）； 都是光伏型-结型二极管。
组合： 场效应管（FET）； PIN-FET； APD-FET；
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§2.半导体PN结的光电效应(续）
加宽耗尽层，尽量吸收入 射光子； 负偏压有助于加宽耗尽层， 与内建电场方向一致，加 强了漂移运动，载流子向 两极运动，并被中和； 减小P区和N区的厚度来减 小载流子的扩散时间， 降低半导体的掺杂浓度来 加宽耗尽层；
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§4.PN结雪崩二极管(APD）(续）
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§4.PN结雪崩二极管(APD）(续）
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§4.PN结雪崩二极管(APD）(续）
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光纤通信基础
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§2.半导体PN结的光电效应(续）
光吸收区：吸收入射 光子并产生光生载流 子的区域； 作用区：耗尽层两侧 载流子扩散长度； 在作用区内，光生少 数载流子的扩散速度 较慢，影响光生伏特 效应，光电响应速度 慢。
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光纤通信基础
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§2.半导体PN结的光电效应
未加电压的p-n结—耗尽层（势垒区）。
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§2.半导体PN结的光电效应(续）
光照→hf≥Eg（光吸收）→电子受激跃迁
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光纤通信基础
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§8.光接收机(续）
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§8.光接收机(续）
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§8.光接收机(续）
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§3.半导体PIN光电二极管
PIN光电二极管：本 征半导体或低掺杂半 导体（I层）； P层和I层形成PN结， I层有较高的电阻， 电压基本上落在I层， 使得耗尽层加宽； 耗尽层宽度与响应速 度和量子效率矛盾， 要进行优化。
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光纤通信基础
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碰撞电离：反向偏压 增加→耗尽层电场增 加→光生载流子加速 →与半导体晶格碰撞 →原子电离； 雪崩倍增效应：多次 碰撞电离→载流子迅 速增加→电流迅速增 加；
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§4.PN结雪崩二极管(APD）(续）
耗尽层被拉通 到P区，I区电 场较弱；NP区 电场较强，雪 崩区较窄，不 能充分吸收光 子；耗尽区较 宽可充分吸收 光子；提高了 光电转换效率。
§3.半导体PIN光电二极管(续）
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§3.半导体PIN光电二极管(续）
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§3.半导体PIN光电二极管(续）
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§3.半导体PIN光电二极管(续）
§8.光接收机(续）
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§3.半导体PIN光电二极管(续）
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§3.半导体PIN光电二极管(续）
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§3.半导体PIN光电二极管(续）
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§4.PN结雪崩二极管(APD）
Байду номын сангаас00-10-10 14
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§3.半导体PIN光电二极管(续）
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§3.半导体PIN光电二极管(续）
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§3.半导体PIN光电二极管(续）
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§2.半导体PN结的光电效应(续）
漂移运动：耗尽层内在内建电场作用下，空穴→P区；电 子→N区；在PN结边缘被收集。 扩散运动：耗尽层边缘，P区光生电子→N区； N区光生空 穴→P区；少数载流子被多数载流子复合。 光生伏特效应： P区过剩空穴积累+； N区过剩电子积累-； 外电路产生光电流（耗尽层内也产生光生伏特效应）。
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5.光电探测器特性
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§6.PIN-FET
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§7.光发射机
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§8.光接收机
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几种制作光检 测器的半导体 材料吸收系数 随波长的变化 情况
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§3.半导体PIN光电二极管(续）
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§3.半导体PIN光电二极管(续）
光电二极管可视为电 流源，Cd为结电容， Rs为串联电阻，Rl为 跨接电阻； 光电二极管的响应速 度由电容Cd和负载电 阻决定，一般厂家给 出负载电阻为50时 的响应曲线。