探测器如何选

Thorlabs探测器的选择

光电探测器是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。我们在选择器件必须考虑到它的光谱相应度、响应时间、探测度(所能探测到的最小能量，或称灵敏度)。Thorlabs提供一系列光学探测器产品，能够探测整个紫外、可见、近红外、红外以及太赫兹光谱区域内的光源。根据所选择的传感器可以测量不同参数，如强度、功率、强度分布、波前形状、能量和波长。

（1）光谱相应度

光谱相应度是光电探测器的基本性能之一，它表征光电探测器对不同长入射辐射的响应。光电探测器的光谱响应特性有明显的选择性。不同的半导体材料有不同的响应曲线，如Si,Ge,InGaAs,Gap,InAs,Inp等，不同的本征半导体又可以有不同的掺杂，例如掺杂Si既可以做成200-1100纳米的响应波段，也可以有400-1100纳米的波段等等。

（2）响应时间

光电探测器输出的电信号在时间上落后于作用在其上的光信号，即光电探测器的输出相对于输入的光信号要发生时间轴上的扩展。这种扩展可以用时间响应来描述。响应落后于作用信号的现象称为弛豫，对于信号开始作用时的弛豫称为起始弛豫：信号停止作用时的弛豫称为衰减弛豫。对于光电池、光敏电阻这一类探测器件，起始弛豫为探测器响应从零上升到稳定值的63%时所需要的时间，衰减弛豫为响应下降到稳定值的37%所需要的时间。对于雪崩二极管、光电二极管这一类响应速度快的探侧器件，起始弛豫为响应从稳定值的10%上升到稳定值的90%所需要的时间。

Thorlabs公司的上升时间最快的要数PDA8GS，该款适用于有关快速光学信号测试和测量等应用领域，光谱响应：700-1650 nm，带宽：9.5 GHz，数据速率：10.7 Gb/s，增益转换：275 V/W @ 850 nm，450 V/W @ 1310 nm，上升沿时间：50 ps，相对其该超高宽带9.5 GHz灵敏度必然下调（带宽与灵敏度往往成反比），但也能达到10e-6W /√Hz, 该款价格相对较高大约在3万多人民币。

图1

响应速率相对较慢的，如DET系列中的DET02AFC和DET04CFC是面向光纤的光学探测器，带宽为1.2 GHz。FC/PC接头光纤输入。DET02AFC使用一个硅探头，可探测波长范围从400到1100 nm；DET01CFC为InGaAs探头，探测波长范围从800到1700 nm，价格在2000多元。

图2

响应速率还要慢的，上升时间纳秒级别，如DET其他系列，PDA系列，该两类比较通用，价格较便宜，PDA系列相对DET系列多集成了放大电路（多了个放大电路增益数据约10e+3V/A），并且探测面积较大，增益可调。两者带宽大约都为几百兆赫兹，灵敏度较高（NEP系数约10e-14W/√Hz）。

图3 图4

⑶灵敏度

灵敏度是衡量光电探测器对于微弱信号的极限探测能力的一个重要指标。探测度这一参数最初是从等效功率NEP 引出的。噪声等效功率又称为最小可测功率，因此光电探测器的NEP 值越小，其探测能力越强。

如果对灵敏度要求很高，需要测量及其微弱的信号，建议选择PDF系列飞瓦放大探测器，PDF系列飞瓦放大式光电探测器具有大感光面积，高增益、低噪声（高灵敏度）的特点，覆盖320-1700 nm 范围。其整合了超低噪声的Si或者InGaAs 光电二极管，带有一个跨阻放大器，提供了高达10e+12V/A 的增益; 这些的特性造就了这款独一无二的光电探测器，拥有飞瓦探测灵敏度以及超低最小NEP（1.4 fW/√Hz）。PDF系列专为直接探测10 fW量级光功率量身打造；当探测器与锁相放大器一起使用时，也可能实现亚飞瓦探测。高增益、低噪声（高灵敏度），两款探测器覆盖320-1700 nm范围。

图 5

其次，如果仅对最低可测信号功率有要求，可以选择PMM系列光电倍增管模块。其局限性在于响应波段仅限于850纳米之内。

图 6

另外，也有不同原理的高灵敏探测器，如高灵敏雪崩探测器，其光谱范围400-1000 nm(APD210) 850-1650 nm(APD310)。最大增益：2.5×10e+5 V/W @ 1 GHz,800 nm(APD210)，2.5×10e+4 V/W @ 1 GHz,1500 nm。APD光电二极管对于纳秒脉冲激光器具有足够的灵敏度和足够快的响应。

图7

高灵敏PIN光电探测器，其高速响应频率为1 MHz-1.8 GHz，上升时间在纳秒级别。对于需要很宽带宽以及上升沿极短的实验，Melon System的FPD310 光电探测器是理想的选择。

图8

Thorlabs公司还推出一些如温控带放大中红外波段光电探测器（内置TEC元件及热敏电阻），多种自平衡型探测器（适用于两路光信号的差分信号测量），单光子计数器等。

详见http://www.thorlabs.hk/Navigation.cfm?Guide_ID=36。