讲义2.4光电器件的特性参数

积分灵敏度表示探测器对连续入射 光辐射的反应灵敏程度。
对包含有各种波长的辐射光源, 总的 光通量为
0 ()d
光电器件输出的电流或电压与人射的 总的光辐射通量之比为积分电流或电压灵 敏度。
光谱响应--光谱灵敏度Rλ随波长的变化关系。
相对光谱响应--以最大光谱响应为基准来表示各波 长的响应, 以峰值响应的50%之间的波长范围定义光电器件的光 谱响应宽度。如图是光电器件的相对光谱响应曲线。
测量光电器件灵敏度的光源一般选用 500K的黑体。
单色灵敏度又叫光谱灵敏度, 它描述光 电器件对单色辐射的响应能力,
使用波长为λ的单色辐射源,则表示 为单色灵敏度Rλ。
如果使用复色辐射源, 则称为积分 灵敏度。
单色电压灵敏度和单色电流灵敏度用 公式表示为
RV
()
V () ()
RI
()
I () ()
如果探测器测试的是随时间快速变化的物 理量,则由于惰性的影响会造成输出严重畸变。
表示时间响应选择性的方法主要有两种: 一种是脉冲响应特性法, 另一种是频率响应特性法.
1 脉冲响应特性
如果用阶跃光信号 作用于光电器件,则光电 器件的响应从稳态值的 10%上升到90%所用的时 间tr叫作器件的上升时间,
光子探测器--利用各种光子效应
热电探测器--吸收光辐射而导致温升,产 生温度变化效应并最终转换为电信号
热探测器与光子探测器的区别
热探测器对光信号的响应无波长选择性。
光电成像器件的本质也是利用各种 光电效应, 它与光电器件的最大不同在 于它能够输出图像或电视图像, 因而其 应用越来越多。
光调制器件是利用各种光电子物理 学的方法, 即各种物理效应实现光的变 换, 以实现光的调制和扫描, 是光电测试 技术中的重要手段之一。
第三节 光电器件的特性参数
光电测试技术中常用的器件有:
光电器件 光电发射器件
光电导器件 光伏器件
光子探测器
热电探测器
光电成像器件
光调制器件
光电器件
是一种能把光信号转化为电信号的器 件, 它工作的物理基础是各种光电效应
在光电系统中起着将光信号转化为电信 号的核心作用, 因此在光电系统中光电器 件的选取和使用， 在很大程度上决定了光 电系统的性能
下降时间tf定义为光 电器件的响应从稳态值的 90%下降到10%所用的时 间。
2 频率响应特性
由于光电器件响应的产生和消失都存在 一个滞后过程, 因此入射光辐射的频率对器件 的灵敏度有较大影响,
频率响应特性 光电 器件的响应随入射光的 频率变化的特性称为它 的频率响应特性。如图 为频率特性,
用公式表示为
式中,R(ω)表示器件的频率响应; Ro为器件在 零频时的响应度; ω =2πf 为信号的圆频率; f 为频率; τ为器件的响应时间。
当器件的输出信号功率降到零频时的 一半, 即信号幅度下降到零频的0.707 时, R(f)/ R0=0.707, 可得器件的上限截止频率 fc
三、噪声等效功率(NEP)
四、探测度D与比探测度D*
与归一化噪声等效功率相应的归一化探测度 又称为比探测度, 用 D* 替表示。
五 量子效率
量子效率是描述光电器件光电转换能 力的重要参量,
表示在某一特定波长下单位时间内产 生的平均光电子数与入射光子数之比。 ***
设波长为λ的光辐射的单个光子能量为 hν =hc/λ, 其光通量为Φ, 则人射光子数为 Φ/hν, 相应的光电流为 Is, 而每秒钟产生的 光电子 数为 Is/q, q为电子电荷, 因此量子 效率可以表示为
从灵敏度R的定义, 有输入光通量才有输 出电流，但事实并非如此。
暗电流或噪声电流--是瞬时噪声电流的 有效值，记为
1/ 2
in (in2)
灵敏度R的定义失去了意义
噪声等效功率又称为最小可测功率, 它定 义为光电器件输出的信号电压的有效值等于噪 声方均根电压值时的入射光功率, 用公式表示 则为
NEP s U n s U n
二、时间响应和频率响应
光电器件输出的电信号都要在时间上 落后于作用在其上的光信号,
光电器件的电信号输出相对于输入的 光信号要发生沿时间轴的扩展, 其扩展特 性可由响应时间来描述。
光电器件的响应落后于光信号的特性 称为惰性,
由于惰性的存在,会使先后作用的信号在 输出端相互交叠,从而降低信号的调制度。
Us /Un US
Rv
式中,Us/Un 为器件输出的信噪比; Фs 为入射光功 率; Rv为光电器件的电压灵敏度. NEP的单位为 瓦(W)。
实际测量中多是测出 Rv和Un然后计算出 NEP.实验发现, 许多光电器件的NEP与器件的 光敏面积A和测量系统的带宽Δf 的乘积的平方 根成正比。因为面积大接收到的背景噪声功率 也大, 为了便于光电器件之间的性能比较, 应该 除去器件面积和测量带宽的影响。为此又引入 归一化噪声等效功率
量子效率η可以视为微观灵敏度, 它是一 个统计平均量
若η(λ)=1, 则人射一个光量子就能发 射一个电子或产生一对电子一空穴对; 但 实际上η(λ)通常小于1
对于有增益的光电器件(如光电倍增 管), 常用增益或放大倍数来描述。
一、光电器件的探测灵敏度(响应度)
光电器件探测灵敏度又称为响应度, 它定
量描述光电器件输出的电信号和输入的光信号
来自百度文库
之间的关系。
它定义为光电器件输出的方均根电压 Us
(或电流Is)与入射光通量Φ(或光功率P)之比。
RV
Us
RI
Is
Rv 和 RI 分别称为光电器件的电压灵敏度和电
流灵敏度, 单位为 V/W 和A/W。
四、探测度D与比探测度D*
显然噪声等效功率NEP越小, 光电器件的性能越 好。但参数NEP 不符合人们的传统认知习惯。为此 定义 NEP 的倒数为光电器件的探测度, 作为衡量光 电器件探测能力的一个重要指标。探测度 D 用公式 表示为
D 的单位是 W-1。它描述器件在单位输入光功率下输 出的信号信噪比, 显然D值越大, 器件的性能越好.