第二章光电检测器件川大
合集下载
光检课件2 光电器件
工作面积大，与大面积光电阴极配合可制成探测弱光的倍增管，但 极间电压高时，有的电子可能越级穿过，收集率较低，渡越时间零 散较大。
收集率较高（可达95%），结构紧凑，但极间电子渡越时间零散较 大。
第2章 光电探测器件
a) 百叶窗式 b) 盒栅式 c) 直瓦片式 d) 圆瓦片式
结构形式 非聚焦型
百叶窗式
路灯自动点熄控制
第2章 光电探测器件
（五）使用注意事项
通量
∫ ∫ 输出
电流
I0
=
λ0 dλ =
λ1
λ0 λ1
SλΦλdλ
∫ ∫ S =
λ0 λ1
S
(λ
)Φλ
dλ
∞ 0
Φ
λ
dλ
第2章 光电探测器件
一、有关响应方面的特性参数
4．响应时间
第2章 光电探测器件
一、有关响应方面的特性参数
5．频率响应
第2章 光电探测器件
二、有关噪声方面的特性参数
1．热噪声
恒功率偏置
RL = Rp
P
=
I LVL
≈
Vb2 4RL
第2章 光电探测器件
在小偏流时，输出信号电流线 性增加，噪声增加的较小，信 噪比增加；
偏流增加到一定时，信号增加 的慢，噪声增加的快，信噪比 下降；
探测器要工作在最佳偏置电 流，使信噪比最大。
第2章 光电探测器件
（四）应用
电子快门
第2章 光电探测器件
第2章 光电探测器件
IP
=
106 ×1.6 ×10−19 10 ×10−9
= 16µA
把幅值放大到mA级，就可以用脉冲计 数器正确计数。
第2章 光电探测器件
收集率较高（可达95%），结构紧凑，但极间电子渡越时间零散较 大。
第2章 光电探测器件
a) 百叶窗式 b) 盒栅式 c) 直瓦片式 d) 圆瓦片式
结构形式 非聚焦型
百叶窗式
路灯自动点熄控制
第2章 光电探测器件
（五）使用注意事项
通量
∫ ∫ 输出
电流
I0
=
λ0 dλ =
λ1
λ0 λ1
SλΦλdλ
∫ ∫ S =
λ0 λ1
S
(λ
)Φλ
dλ
∞ 0
Φ
λ
dλ
第2章 光电探测器件
一、有关响应方面的特性参数
4．响应时间
第2章 光电探测器件
一、有关响应方面的特性参数
5．频率响应
第2章 光电探测器件
二、有关噪声方面的特性参数
1．热噪声
恒功率偏置
RL = Rp
P
=
I LVL
≈
Vb2 4RL
第2章 光电探测器件
在小偏流时，输出信号电流线 性增加，噪声增加的较小，信 噪比增加；
偏流增加到一定时，信号增加 的慢，噪声增加的快，信噪比 下降；
探测器要工作在最佳偏置电 流，使信噪比最大。
第2章 光电探测器件
（四）应用
电子快门
第2章 光电探测器件
第2章 光电探测器件
IP
=
106 ×1.6 ×10−19 10 ×10−9
= 16µA
把幅值放大到mA级，就可以用脉冲计 数器正确计数。
第2章 光电探测器件
《光电检测器件与技术》课程教学大纲
《光电检测器件与技术》课程教学大纲英文名称：Optoelectronic detecting sensor and technology课程号：19139307一、课程基本情况1. 学分：22. 学时：323. 课程类别：选修课4. 适用对象：电子与通信工程领域专业学位研究生5. 开课学期：第二学期6. 开课单位：通信与电子工程学院二、课程教学目的与要求1. 教学目的：该课程系统全面地介绍光电传感与检测技术的基本概念、多种光电检测器件的工作原理和特性，以及相关实际应用系统的工作原理及设计，使学生比较全面地掌握光电传感技术和检测技术的基本原理、基本知识和基本方法，了解科技的新动向，以便于在今后的科研和工程实践中能够熟练应用。
2. 教学要求：使学生在掌握光电传感与检测技术基本原理和基本概念的基础上，进一步掌握半导体光探测器、图像传感器等器件的结构、原理、应用电路设计的前沿方法和技术，并初步具备设计光电传感与检测应用系统的能力，为学生进一步进行专业实践奠定坚实的基础。
1) .熟练掌握常用光电传感与检测技术的基本概念及原理；2) .掌握光的表征及常见光电检测器件的工作原理与特性、光电检测方法及系统设计；3).理解红外探测器、热释电红外传感器、激光传感与检测技术及基于虚拟仪器技术构成的检测系统及设计方法；4).了解压力、温度、振动等检测方面的光电检测系统设计，光栅传感与检测技术在线位移和角位移测量中的应用，光电图像检测、故障诊断、红外热成像检测、红外气体检测网络与物联网技术的应用等；5) .培养学生从工程实际中发现问题、分析问题、解决问题的能力和创新意识。
三、课堂教学内容及课时安排第一章概述教学内容：本章讲授光电传感技术概述、光电检测技术概述、光电传感与检测的应用。
教学重点：光电传感器件的组成、分类、特性、参数，光电检测的概念与分类。
教学难点：测量误差的概念与分类，数据处理方法。
课时分配：讲授2学时，讨论2学时教学方法与手段：讲授法，案例教学法第二章光电检测器件基础教学内容：本章学习辐射度量与光度量、光电检测器件的物理基础、光电检测器件的工作原理与特性。
光电检测器件工作原理及特性
环境监测
光电检测器件的应用
02
光电检测器件工作原理
光电转换原理是指光子与物质相互作用，将光能转换为电能的过程。在光电检测器件中，光子通过照射在光敏材料上，激发出电子-空穴对，形成光生电流或电压。
光电转换效率是衡量光电检测器件性能的重要参数，它与光敏材料的性质、光的波长和入射角度等因素有关。
光电转换原理
光电检测器件的光谱响应特性
光电检测器件对不同波长的光具有不同的响应能力，这种响应能力即为光谱响应特性。
总结词
光谱响应特性描述了光电检测器件在不同波长光线下的敏感度。不同类型的光电检测器件具有不同的光谱响应范围，例如硅光电二极管对可见光和近红外光敏感，而硒镉汞光电探测器则对中红外光敏感。了解光谱响应特性对于选择适合特定应用的光电检测器件至关重要。
光电检测器件通常由光敏材料、电极和封装结构组成。光敏材料是实现光电转换的核心部分，电极的作用是收集和传输光生电流或电压，而封装结构则起到保护和支撑器件的作用。
不同类型的光电检测器件可能在结构上有所差异，但它们的基本原理是相似的。
光电检测器件的基本结构
光电检测器件的工作过程通常包括光的吸收、电荷的分离和电流或电压的产生三个步骤。
总结词
光电检测器件在接收光信号时产生的随机波动，即噪声特性。
详细描述
噪声特性是评价光电检测器件性能的重要参数。常见的噪声源包括散粒噪声、热噪声和闪烁噪声等。低噪声光电检测器件能够在弱光信号下提供更高的信噪比，从而提高检测精度和灵敏度。了解和优化光电检测器件的噪声特性对于提高其性能和应用范围具有重要意义。
总结词
影响光电检测器件稳定性的因素包括材料、工艺、封装等。
详细描述
采用高品质的材料和先进的工艺技术可以制造出具有高稳定性的光电检测器件。此外，良好的封装和保护措施也可以提高器件的稳定性，使其在恶劣环境下仍能保持性能参数的稳定。
光电检测器件的应用
02
光电检测器件工作原理
光电转换原理是指光子与物质相互作用，将光能转换为电能的过程。在光电检测器件中，光子通过照射在光敏材料上，激发出电子-空穴对，形成光生电流或电压。
光电转换效率是衡量光电检测器件性能的重要参数，它与光敏材料的性质、光的波长和入射角度等因素有关。
光电转换原理
光电检测器件的光谱响应特性
光电检测器件对不同波长的光具有不同的响应能力，这种响应能力即为光谱响应特性。
总结词
光谱响应特性描述了光电检测器件在不同波长光线下的敏感度。不同类型的光电检测器件具有不同的光谱响应范围，例如硅光电二极管对可见光和近红外光敏感，而硒镉汞光电探测器则对中红外光敏感。了解光谱响应特性对于选择适合特定应用的光电检测器件至关重要。
光电检测器件通常由光敏材料、电极和封装结构组成。光敏材料是实现光电转换的核心部分，电极的作用是收集和传输光生电流或电压，而封装结构则起到保护和支撑器件的作用。
不同类型的光电检测器件可能在结构上有所差异，但它们的基本原理是相似的。
光电检测器件的基本结构
光电检测器件的工作过程通常包括光的吸收、电荷的分离和电流或电压的产生三个步骤。
总结词
光电检测器件在接收光信号时产生的随机波动，即噪声特性。
详细描述
噪声特性是评价光电检测器件性能的重要参数。常见的噪声源包括散粒噪声、热噪声和闪烁噪声等。低噪声光电检测器件能够在弱光信号下提供更高的信噪比，从而提高检测精度和灵敏度。了解和优化光电检测器件的噪声特性对于提高其性能和应用范围具有重要意义。
总结词
影响光电检测器件稳定性的因素包括材料、工艺、封装等。
详细描述
采用高品质的材料和先进的工艺技术可以制造出具有高稳定性的光电检测器件。此外，良好的封装和保护措施也可以提高器件的稳定性，使其在恶劣环境下仍能保持性能参数的稳定。
光电检测器件工作原理及特性
若在某一规定范围内光电检测器件的响应度是常数，则这 一范围为线性区。
线性区的下限 光电器件的暗电流和噪声决定 线性区的上限 饱和效应或过载决定
四、工作温度
光电检测器件的工作温度：最佳工作状态时的温度
五、光电检测器件的合理选择
1. 根据待测光信号的大小，确定检测器的动态范围； 2. 检测器的光谱响应范围是否与待测光信号的光谱匹配； 3. 检测器的最小分辨率、信噪比； 4. 当待测光信号功率变化时，检测器的线性度； 5. 检测器的稳定性、测量精度、测量方式等因素。
视觉的刺激强度，引入光通量 v 定义：
v CV e
其 中 ： C—— 比 例 系 数 ， 683 lm/W，V ——视见函数，描 述人眼对各种波长辐射能的相
对敏感度，e 即辐射通量.
对光通量：
v
dQv dt
3）辐射出(射)度和光出(射)度 辐射出射度：面辐射源单位面积上辐射的辐射通量，即
M
dr
光电导器件结构：
载流子的寿命 载流子在两极间的渡越时间
电极
引线
引线 光导电材料
绝缘衬低
2. 杂质光电导效应
截止波长
0
hc
Ed Ea
3. 光生伏特效应
光 生 伏 特 效 应 是 基 于 半 导 体 PN 结 基础上的一种将光能转换成电能的 效应。当入射辐射作用在半导体 PN 结 上 产 生 本 征 吸 收 时 ， 价 带 中 的光生空穴与导带中的光生电子在 PN结内建电场的作用下分开，并 分别向两个方向运动，形成光生伏 特电压或光生电流的现象。
描述光电检测器对入射光响应的快慢
入射光
I
1 0.9
0.1 0 上升时间τr
线性区的下限 光电器件的暗电流和噪声决定 线性区的上限 饱和效应或过载决定
四、工作温度
光电检测器件的工作温度：最佳工作状态时的温度
五、光电检测器件的合理选择
1. 根据待测光信号的大小，确定检测器的动态范围； 2. 检测器的光谱响应范围是否与待测光信号的光谱匹配； 3. 检测器的最小分辨率、信噪比； 4. 当待测光信号功率变化时，检测器的线性度； 5. 检测器的稳定性、测量精度、测量方式等因素。
视觉的刺激强度，引入光通量 v 定义：
v CV e
其 中 ： C—— 比 例 系 数 ， 683 lm/W，V ——视见函数，描 述人眼对各种波长辐射能的相
对敏感度，e 即辐射通量.
对光通量：
v
dQv dt
3）辐射出(射)度和光出(射)度 辐射出射度：面辐射源单位面积上辐射的辐射通量，即
M
dr
光电导器件结构：
载流子的寿命 载流子在两极间的渡越时间
电极
引线
引线 光导电材料
绝缘衬低
2. 杂质光电导效应
截止波长
0
hc
Ed Ea
3. 光生伏特效应
光 生 伏 特 效 应 是 基 于 半 导 体 PN 结 基础上的一种将光能转换成电能的 效应。当入射辐射作用在半导体 PN 结 上 产 生 本 征 吸 收 时 ， 价 带 中 的光生空穴与导带中的光生电子在 PN结内建电场的作用下分开，并 分别向两个方向运动，形成光生伏 特电压或光生电流的现象。
描述光电检测器对入射光响应的快慢
入射光
I
1 0.9
0.1 0 上升时间τr
第二章光电检测器件1
二次发射电子
倍增系统
阳极
管座
15
§2-2 真空光电探测器件
光电倍增管
光电倍增管的组成
电子光学系统—是适当设计的电极结构，使前一级发 射出来的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上， 也就是使下一级的收集率接近于1。
聚焦电极 最后一级倍增级 管脚
入射光
光窗 光电阴极
二次发射电子
倍增系统
阳极
管座
16
§2-2 真空光电探测器件
2
1/ 2
0.707
f上
f
6
§2-1 光电检测器件的基本特性参数
二.有关噪声方面的特性参数
1. 探测器的主要噪声来源
(1) 热噪声—也称约翰逊噪声，是载流子无规则的热 运动造成的噪声。与温度成正比。 (2) 散粒噪声—也称散弹噪声，使穿越势垒的载流子 的随机涨落所造成的噪声。 (3) 产生-复合噪声—是载流子的产生率与复合率在某 个时间间隔内在平均值上下起伏造成的噪声。 (4) 1/f噪声—也称闪烁噪声或低频噪声，是由于光敏 层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流 流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲。 特点：频率越低噪声越大。 7
28
§2-2 真空光电探测器件
光电倍增管
光电倍增管的的主要参量与特性
磁场特性 1.大部分光电倍增管会受到磁场的影响。 2.光电子在磁场的作用下将偏离正常的运动轨迹，引起 倍增管的灵敏度下降，燥声增加。 3.为减少外部磁场对倍增管的影响，一般须在管子外部 加一个磁屏蔽筒。 4.在磁场影响下用恒定光强的线偏振光以某一角度入射 到光电阴极上，不断改偏振面时，阳极输出电流会发 生相应的变化。因此，最好在光电倍增管的前面加装 退偏器件，减少这类误差。
四川大学制造科学与工程学院本科课程《光电检测系统综合设
四川大学制造科学与工程学院本科课程一、课程目标1.能根据设计要求，通过文献检索等方式获取相关资料，并运用工程原理对设计任务进行合理的分析，提出总体设计方案，分析方案的可行性；2.理解光电检测系统的基本组成部分及其功能，在综合考虑安全、环境等约束条件下，对设计方案的可行性、新颖性进行论证，优选出合理的解决方案，设计各功能模块，体现设计的完整性；3.能根据方案和选定器件，确定所设计系统的性能参数；4.能运用MatLab对光电检测系统关键环节进行分析，仿真；5.能在小组讨论中积极发言，体现团队协作精神；6.能理解指导教师提出的问题，并能给出回应指令；7.能完成个人设计部分报告的撰写，并能配合组长完成总体报告撰写。
二、教学内容1.设计任务分析（支撑课程设计目标1、5）要求学生：能够理解设计任务，并对被测对象、被测量、使用条件等进行合理分析，能通过文献调研等手段了解国内外相关技术和产品的现状。
2.提出系统设计方案（支撑课程设计目标1、2、5）要求学生：能够根据设计任务的需要提出合理的设计方案，确定系统的测量原理。
3.系统各模块设计（支撑课程设计目标3、4、5）要求学生：根据选定方案、测量原理和系统参数，完成系统各模块设计。
4.光电检测系统分析（支撑课程设计目标3、4、5）要求学生：根据所设计的光电检测系统，分析其性能参数能否达到设计要求，给出系统测量精度。
5.撰写设计报告（支撑课程设计目标5、7）要求学生：能够通过设计报告准确表述设计任务分析过程、仪器总体方案、测量原理等；并能完成自己负责部分的详细报告撰写，协助组长完成总体报告撰写。
6.答辩（支撑课程目标6）要求学生：能理解教师或其它小组同学提出的问题，并能给出合理回应。
三、参考文献[1] 周秀云等，《光电检测技术》第2版，电子工业出版社，2015[2] 张国雄，《测控电路》，机械工业出版社，2011[3] 郁道银，《工程光学》，机械工业出版社，2011[4] 施文康、任汝芬，《测试技术》，机械工业出版社，2010四、课程目标对毕业要求的支撑关系五、考核环节对课程目标达成的支撑具体考核环节（以18年教学环节为例）：六、课程目标达成的途径与措施达成课程设计目标的途径和措施主要有：1、多环节训练、考核：（1)集中授课，为各组分别布置设计题目（学生分为若干组，每组设置不同题目）。
第2章光电检测器件工作原理及特性 137页PPT
地球上看到的 太阳
太阳照射下的 洁净雪面
距太阳70角的 晴朗天空
亮度/
（cd/m2）
1.51 09
1.5107
3104
光源名称 亮度/（cd/m2）
钨丝白炽灯
人工照明时 书写、阅读
的纸面
满月的表面
0.5107
10 0.25
光度学中的基本原理
光度学和辐射度学的研究对象主要是非相干光学辐射，并且认为辐 射的传播服从几何光学定律。
名称 辐[射]能
光量 辐[射能]通量
光通量
辐[射]出[射]度 光出射度
符号 Qe Qv Φe Φv
Μe Μv
常用辐射量和光度量一览表 定义
以辐射形式发射、传播或接收的能量。 光通量对时间的积分。
以辐射形式发射、传播或接收的功率。 发光强度为Ιv的光源，在立体角元dΩ内的辐通量， dΦv=Ιv· dΩ。
勒[克斯]秒 (lx· s)
基本辐射度量的名称、符号和定义方程
名称 辐射能 辐射能密度
辐射通量， 辐射功率 辐射强度
辐射亮度
辐射出射度
辐射照度
符号 Q,
定义方程
单位 焦耳
符号 J
w wdQ/dv 焦耳／立方米 Jm-3
P
dQ/dt
瓦特
W
Ｉ
Id/d 瓦特／球面度 Wsr-1
Ｌ Ld2 /d dc Ao s瓦特／球面度 Wm-2
1坎德拉的点状光源所发出的总光通量为4π流明。 一支普通蜡烛的发光强度约为1cd。 中国大陆的早些时候，把每1瓦的白炽灯的发光强度 称之为一支烛光，如25瓦的就称之为25支烛光。其原因 是一只220V/100W的白炽灯发出的光通量约等于400π流 明。换算下来每1W的发光强度差不多就是1cd。
太阳照射下的 洁净雪面
距太阳70角的 晴朗天空
亮度/
（cd/m2）
1.51 09
1.5107
3104
光源名称 亮度/（cd/m2）
钨丝白炽灯
人工照明时 书写、阅读
的纸面
满月的表面
0.5107
10 0.25
光度学中的基本原理
光度学和辐射度学的研究对象主要是非相干光学辐射，并且认为辐 射的传播服从几何光学定律。
名称 辐[射]能
光量 辐[射能]通量
光通量
辐[射]出[射]度 光出射度
符号 Qe Qv Φe Φv
Μe Μv
常用辐射量和光度量一览表 定义
以辐射形式发射、传播或接收的能量。 光通量对时间的积分。
以辐射形式发射、传播或接收的功率。 发光强度为Ιv的光源，在立体角元dΩ内的辐通量， dΦv=Ιv· dΩ。
勒[克斯]秒 (lx· s)
基本辐射度量的名称、符号和定义方程
名称 辐射能 辐射能密度
辐射通量， 辐射功率 辐射强度
辐射亮度
辐射出射度
辐射照度
符号 Q,
定义方程
单位 焦耳
符号 J
w wdQ/dv 焦耳／立方米 Jm-3
P
dQ/dt
瓦特
W
Ｉ
Id/d 瓦特／球面度 Wsr-1
Ｌ Ld2 /d dc Ao s瓦特／球面度 Wm-2
1坎德拉的点状光源所发出的总光通量为4π流明。 一支普通蜡烛的发光强度约为1cd。 中国大陆的早些时候，把每1瓦的白炽灯的发光强度 称之为一支烛光，如25瓦的就称之为25支烛光。其原因 是一只220V/100W的白炽灯发出的光通量约等于400π流 明。换算下来每1W的发光强度差不多就是1cd。
《光电检测技术》全【2024版】
能源与动力工程学院
3.4 金属卤化物灯——第三代光源
1、工作原理 ：
（1）放电管内金属卤化物蒸发，向电弧中心扩散 （2）电弧中心，金属卤化物分子分解为金属原子和卤原子 （3）金属原子处于高能级时产生辐射，并参与放电 （4）金属原子和卤素原子向浓度低的管壁区域扩散，并在 低温区重新复合为金属卤化物分子，依次循环
（2）光源色温：
a.色温：辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射 光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温
b.相关色温：光源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射 的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为该光源的相关 色温。
能源与动力工程学院
3.2 热辐射光源
1、太阳光 ：直径约为1.392×109m的光球，到地球的
能源与动力工程学院
3.1 光源的基本参数
3、光谱功率谱分布：光源输出功率与光谱的波长关系 常见的光谱功率分布有四种型式： 线状光谱：有若干条明显分隔的细线组成； 带状光谱：由分开的谱带组成,谱带又包含许多谱线； 连续光谱：谱线连成一体； 复合光谱：由以上三种光谱混合而成。
能源与动力工程学院
3.1 光源的基本参数
4、空间光强分布： （1）许多光源的发光强度在各个方向是不同的。 （2）若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度 相同的点连线，就得到该光源在该截面的发光强度曲线 ，称为 配光曲线；
（3）HG500型发光二极 管的配光曲线。
（4）为提高光的利用率，一般选择发光强度高的方向 作为照明方向。
能源与动力工程学院
Pi
单位：流明每瓦
0.38e ()d
Pi
Km
0.78
V ()d
0.38
0.78
可见辐射通量在输入功率中所占比例： V
3.4 金属卤化物灯——第三代光源
1、工作原理 ：
（1）放电管内金属卤化物蒸发，向电弧中心扩散 （2）电弧中心，金属卤化物分子分解为金属原子和卤原子 （3）金属原子处于高能级时产生辐射，并参与放电 （4）金属原子和卤素原子向浓度低的管壁区域扩散，并在 低温区重新复合为金属卤化物分子，依次循环
（2）光源色温：
a.色温：辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射 光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温
b.相关色温：光源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射 的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为该光源的相关 色温。
能源与动力工程学院
3.2 热辐射光源
1、太阳光 ：直径约为1.392×109m的光球，到地球的
能源与动力工程学院
3.1 光源的基本参数
3、光谱功率谱分布：光源输出功率与光谱的波长关系 常见的光谱功率分布有四种型式： 线状光谱：有若干条明显分隔的细线组成； 带状光谱：由分开的谱带组成,谱带又包含许多谱线； 连续光谱：谱线连成一体； 复合光谱：由以上三种光谱混合而成。
能源与动力工程学院
3.1 光源的基本参数
4、空间光强分布： （1）许多光源的发光强度在各个方向是不同的。 （2）若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度 相同的点连线，就得到该光源在该截面的发光强度曲线 ，称为 配光曲线；
（3）HG500型发光二极 管的配光曲线。
（4）为提高光的利用率，一般选择发光强度高的方向 作为照明方向。
能源与动力工程学院
Pi
单位：流明每瓦
0.38e ()d
Pi
Km
0.78
V ()d
0.38
0.78
可见辐射通量在输入功率中所占比例： V
光电检测器件工作原理及特性解读
光子检测器件的特点： 1、响应波长有选择性。存在截止波长。 2、响应快。一般为纳秒到几百微秒
二、特性参数
1、响应度（或称灵敏度）S
电压响应度：SV=Vo/Pi
电流响应度：SI=Io/Pi
其中：Vo和Io分别为光电检测器输出电压和输出电流。P为入射光功率（或用通量Φ表示）。
2、光谱响应度S(λ)
热噪声电压和电流均方值为：？=4kTRΔf ？=4kT(Δf/R) 其中R为导体电阻，k为玻耳兹曼常数，T为导体的热力学温度，Δf为测量系统的噪声带宽。
热噪声存在于任何电阻中，与温度成正比，与频率无关，说明热噪声是由各种频率分量组成，可称为白噪声。
阻值与温度变化关系：
ΔR=αTRΔT
αT为电阻温度系数 R为元件电阻
当温度变化足够小时， αT=1/R*dR/dT
对金属材料，R=BT，则αT=1/T，呈反比关系。
对半导体材料，R与T具有指数关系，则αT=-B/T2。说明温度越高，电阻温度系数越小。B为常数，典型值3000K。
3、 温差电效应
由两种不同材料制成的结点由于受到某种因素作用而出现了温差，就有可能在两结点间产生电动势，回路中产生电流，这就是温差电效应。
S/N的大小与入射信号辐射功率及接收面积有关，入射辐射强，接收面积大，则S/N就大。但性能不一定就好，对两种光电器件只有在相同信号辐射功率相同情况下才能比较。
9、线性度（非线性误差δ）： 线性度是描述光电检测器输出信号与输入信号保持线性关系的，即在规定范围内，光电检测器的输出电量正比于输入光量的性能。光电检测器件的响应度是常数的范围称为线性区。
光电导对光强变化反应的惰性引起光电流变化的延迟
输出光电流与光功率调制频率变化关系是一低通特性。
3、光电导增益
二、特性参数
1、响应度（或称灵敏度）S
电压响应度：SV=Vo/Pi
电流响应度：SI=Io/Pi
其中：Vo和Io分别为光电检测器输出电压和输出电流。P为入射光功率（或用通量Φ表示）。
2、光谱响应度S(λ)
热噪声电压和电流均方值为：？=4kTRΔf ？=4kT(Δf/R) 其中R为导体电阻，k为玻耳兹曼常数，T为导体的热力学温度，Δf为测量系统的噪声带宽。
热噪声存在于任何电阻中，与温度成正比，与频率无关，说明热噪声是由各种频率分量组成，可称为白噪声。
阻值与温度变化关系：
ΔR=αTRΔT
αT为电阻温度系数 R为元件电阻
当温度变化足够小时， αT=1/R*dR/dT
对金属材料，R=BT，则αT=1/T，呈反比关系。
对半导体材料，R与T具有指数关系，则αT=-B/T2。说明温度越高，电阻温度系数越小。B为常数，典型值3000K。
3、 温差电效应
由两种不同材料制成的结点由于受到某种因素作用而出现了温差，就有可能在两结点间产生电动势，回路中产生电流，这就是温差电效应。
S/N的大小与入射信号辐射功率及接收面积有关，入射辐射强，接收面积大，则S/N就大。但性能不一定就好，对两种光电器件只有在相同信号辐射功率相同情况下才能比较。
9、线性度（非线性误差δ）： 线性度是描述光电检测器输出信号与输入信号保持线性关系的，即在规定范围内，光电检测器的输出电量正比于输入光量的性能。光电检测器件的响应度是常数的范围称为线性区。
光电导对光强变化反应的惰性引起光电流变化的延迟
输出光电流与光功率调制频率变化关系是一低通特性。
3、光电导增益
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
聚焦电极
最后一级倍增级 管脚
入射光
二次发射电子
光窗 光电阴极
第二章光倍电增检测系器件统川大
阳极 管座
14
§2-2 真空光电探测器件
光电倍增管 光电倍增管的组成
光电阴极—接收入射光，向外发射光电子。所以倍增 管光谱特性的长波阈值决定于光电阴极材料，同时对 整管灵敏度也起着决定性作用。
入射光
聚焦电极
最后一级倍增级 管脚
电流响应度S0I。
S0V
0 1
SV
()()d
()d
S0I
0 1
SI
()()d
()d
0
第二章光电检测器件川大 0
4
§2-1 光电检测器件的基本特性参数
一.有关响应方面的特性参数 4. 响应时间
(1) 响应时间是描述光电探测器对入射辐射响应 快慢的一个重要参数。
(2) 一般用上升时间与下降时间来表述。 (3) 从10%上升到90%峰 值所需时间称为上升时 间； 从90%下降到10% 峰值所需时间称为下降 时间。
第二章光电检测器件川大
5
§2-1 光电检测器件的基本特性参数
一.有关响应方面的特性参数 5. 频率响应
(1) 光电探测器信号产生和消失存在一个滞后过程，因
此入射光辐射的调制频率对探测器的响应影响较大。 F上
(2) 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。 S(f)
S(f )[1(2Sf0)2]1/2
光窗 光电阴极
第二章光倍电增检测系器件统川大
阳极 管座
16Βιβλιοθήκη §2-2 真空光电探测器件
光电倍增管 光电倍增管的组成
倍增系统—是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增 极都是由二次电子倍增材料构成，具有使一次电子倍 增的能力，是整管灵敏度最关键部分。
3
§2-1 光电检测器件的基本特性参数
一.有关响应方面的特性参数
3、积分响应度
(1) 积分响应度是描述光电探测器对连续辐射通量（光 通量）的反应程度。
(2) 连续辐射通量（光通量）是单色辐射通量（光通量） 对波长的积分。总输出光电信号为各单色光引起的光 电信号的总和。
(3) 根据光电转换信号不同，可分为电压响应度S0V和
(1) 信噪比—是判断噪声大小的常用参数。它是在负 载电阻上的信号功率与噪声功率之比。 (2) 等效噪声输入—特定带宽内产生的均方根信号等 于均方根噪声电流值时的输入通量。 (3) 噪声等效功率—信噪比为1时，入射到探测器的辐 射通量。 (4) 探测率—噪声等效功率的倒数。
(5) 暗电流—没有输入信号和背景辐射时流过的电流。
第二章光电检测器件川大
8
光辐射检测器件一览表
（光子检测器件）
（光电发射检测器件）
第二章光电检测器件川大
9
§2-2 真空光电探测器件
真空光电管
真空光电管的外观
第二章光电检测器件川大
10
§2-2 真空光电探测器件
真空光电管 真空光电管的组成
1、真空光电管由玻壳、光电阴极和阳极三部分组成。 2、为了防止氧化和电子与气体的碰撞，将管内抽成真空。 3、光电阴极即半导体光电发射材料，涂于玻壳内壁，
3、光电发射弛豫过程极短。
4、一般体积都比较大、工作电压高达百伏到数百伏、
玻壳容易破碎等。
第二章光电检测器件川大
12
§2-2 真空光电探测器件
光电倍增管（PMT） 光电倍增管的外观
第二章光电检测器件川大
13
§2-2 真空光电探测器件
光电倍增管 光电倍增管的组成
光窗—光窗分侧窗式和端窗式两种，是入射光的通道。 常用的光窗材料有钠钙玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、 熔凝石英和氟镁玻璃等。
(2) 光谱响应度是光电探测器的输出信号与入射 单色辐射通量（光通量）之比。
(3) 根据转换信号不同，可分为电压光谱响应度
SV（λ）和电流光谱响应度SI （λ） 。
SV
()
光 入电 射器 单件 色输 第光二出 章通 （ V光电 o电量 (检）压 )测器S件I川(大)
光电器件输出Io电 ()流 入射单色光通 （量）
第二章 光电检测器件
§2-1 光电检测技术的特性参数 §2-2 真空光电探测器件 §2-3 半导体光电检测器件 §2-4 各种光电器件的性能比较及选择
第二章光电检测器件川大
1
§2-1 光电检测器件的基本特性参数
一. 有关响应方面的特性参数 1、响应度（灵敏度）
(1) 响应度是光电探测器输出信号与输入辐射功 率之间关系的度量。
个时间间隔内在平均值上下起伏造成的噪声。
(4) 1/f噪声—也称闪烁噪声或低频噪声，是由于光敏
层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流
流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲。
特点：频率越低噪声越第二大章光。电检测器件川大
7
§2-1 光电检测器件的基本特性参数
二. 有关噪声方面的特性参数 2. 衡量噪声的参数
S0
1 0.707
第二章光电检测器件川大
f上
f
6
§2-1 光电检测器件的基本特性参数
二.有关噪声方面的特性参数
1. 探测器的主要噪声来源
(1) 热噪声—也称约翰逊噪声，是载流子无规则的热运
动造成的噪声。与温度成正比。
(2) 散粒噪声—也称散弹噪声，使穿越势垒的载流子的
随机涨落所造成的噪声。
(3) 产生-复合噪声—是载流子的产生率与复合率在某
二次发射电子
光窗 光电阴极
第二章光倍电增检测系器件统川大
阳极 管座
15
§2-2 真空光电探测器件
光电倍增管 光电倍增管的组成
电子光学系统—是适当设计的电极结构，使前一级发 射出来的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上， 也就是使下一级的收集率接近于1。
入射光
聚焦电极
最后一级倍增级 管脚
二次发射电子
受光照时，可向外发射光电子。
4、阳极是金属环或金属网，置于光电阴极的对面， 加正的高电压，用来收集从阴极发射出来的电子。
第二章光电检测器件川大
11
§2-2 真空光电探测器件
真空光电管
真空光电管的特点
1、光电阴极面积大，灵敏度较高，一般积分灵敏度可 达20～200μA/lm；
2、暗电流小，最低可达10-14A；
(2) 用来描述光电转换的效能（效率)。
(3) 根据光电转换信号不同，可分为电压响应度
SV和电流响应度SI。
SV
光电器件输出电V压o 入射光功率Pi
SI
光电器件输出电I流o 入射光功率Pi
第二章光电检测器件川大
2
§2-1 光电检测器件的基本特性参数
一.有关响应方面的特性参数 2、光谱响应度
(1) 相同光功率而不同波长的单色光入射时，光 电探测器输出的信号不同，因此引入光谱响应 度概念。