光电探测器的性能参数

●但是仅根据探测率D还不能比较不同的光探测器的优劣，
这是因为如果两只由相同材料制成的光电探测器，尽管 内部结构完全相同，但光敏面积Ad不同，测量带宽不同， 则D值也不相同。
●为了能方便地对不同来源的光电探测器进行比较，需要
把探测率D标准化(归一化)到测量带宽为1Hz、光电探测 器光敏面积为1cm2。这样就能方便地比较不同测量带 宽、对不同光敏面积的光电探测器测量得到的探测率。
●如果对这些随时间起伏的电压(流)按时间取平均值，
则平均值等于零。
●但这些值的均方根不等于零，
这个均方根电压(流)称为探测器的噪声电压(流)。
1．信噪比(S／N)
判定噪声大小通常使用信噪比这个参数。
●在负载电阻RL上产生的信号功率与噪声功率之比，
2 S IS IS 若用分贝(dB)表示，则为： ( N )dB 10lg I 2 20lg I N N
●定义为信号功率与噪声功率之比为1，
即 S／ N ＝ 1时，入射到探测器上的辐射通量 (单位为瓦)。即： e
NEP S/N
NEP在ENI单位为瓦时与之等效。
●一个良好的探测器件的NEP约为10–11W。
NEP越小，噪声越小．器件的性能越好。
4．探测率D与比探测率D*
●只用NEP无法比较两个不同来源的光探测器的 ●探测率D定义为NEP的倒数，即：
2．单色灵敏度
● 单色灵敏度又叫光谱响应度，用 Rλ 表示，是
光电探测器的输出电压或输出电流与入射到探 测器上单色辐射通量(光通量)之比。即 Vs Rλ v = (V ／ W) ( )
Rλ I=
Is ( )
Байду номын сангаас
(A / W)
式中， Φ (λ )为入射的单色辐射通量或光通量。 如果Φ (λ )为光通量，则Rλ v的单位为V／lm。
（W-1） 显然，D愈大，光电探测器的性能就愈好。 探测率D所提供的信息与NEP一样， 也是一项特征参数。
1 Vs / VN D NEP P
优劣。为此．引入两个新的性能参数 —— 探测 率D和比探测率D*
●显然，D愈大，光电探测器的性能就愈好。
它描述的特性是：光电探测器在它的噪声电平之上产生 一个可观测的电信号的本领，即光电探测器能响应的入 射光功率越小，则其探测率越高。
2．等效噪声输入(ENI)功率
●定义：探测器在特定带宽内(1Hz)产生的均方
根信号电流恰好等于均方根噪声电流值时辐射 源的输入通量， 此时，其他参数，如频率温度等应加以规定。
●这个参数是在确定光电探测器件的探测极限
(以输入通量为瓦或流明表示)时使用。
3．噪声等效功率(NEP)
（最小可探测功率Pmin）
S Ps I s2 RL I s2 即： 2 2 N PN I N RL I N
●利用S／N评价两种光电探测器性能时，必须在信号
辐射功率相同的情况下才能比较。
●对单个光电探测器，其S/N的大小与入射信号辐射
功率及接收面积有关。如果入射辐射强，接收面积 大．S/N就大，但性能不一定就好。 因此用S/N评价器件有一定的局限性。
5．频率响应
●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。
二 有关噪声方面的参数
从响应度的定义来看，好象只要有光辐射存在，不管 它的功率如何小，都可探测出来。 无法肯定是否有辐射入射在探测器上。这并不是探测 器不好引起的，而是它所固有的“噪声”引起的。
●当入射功率很低时，输出只是些杂乱无章的变化信号，
光电信号处理
光电探测器的性能参数
1.1.3 光电探测器的性能参数
光电系统一般都是围绕光电探测器的性能 进行设计的， 探测器的性能由特定工作条件下的一些 参数来表征。
光电探测器的工作条件
光电探测器的性能参数与其工作条件密切相 关，所以在给出性能参数时，要注明有关的 工作条件。主要工作条件有： 1．辐射源的光谱分布 2．电路的通频带和带宽 3．工作温度 4．光敏面尺寸 5．偏置情况
1 1
0
0
可得积分响应度为：
R ( ) d R ( )d
1 0 1
0
0 、 1 、分别为光电探测器的长波限和短波 式中， 限。由于采用不同的辐射源，甚至具有不同色温 的同一辐射源所发生的光谱通量分布也不相同， 因此提供数据时应指明采用的辐射源及其色温。
4．响应时间
●响应时间是描述光电探测器对入
射辐射响应快慢的一个参数。即 当入射辐射到光电探测器后或入 射辐射遮断后．光电探测器的输 出上升到稳定值或下降到照射前 的值所需时间称为响应时间。常 用时间常数τ 的大小来表示。
●当用一个辐射脉冲照射光电探测
器，如果这个脉冲的上升和下降 时间很短，如方被，则光电探测 器的输出由于器件的惰性而有延 迟，把从10％上升到90％峰值处 所需的时间称为探测器的上升时 间，而把从90％下降到10％处所 需的时间称为下降时间。
●实验测量和理论分析表明，对于许多类型的光电探
测器来说，其噪声电压VN与光电探测器光敏面积Ad 的平方根成正比，与测量带宽的平方根成正比。
●因此将VN除以
，则D就与Ad和带宽无关了。 也就是归一化到测量带宽为 1Hz、光探测器光敏面 积为1cm2。这种归一化的探测率一般称为比探测率， 通常用D*记之。
1
Ad f
根据定义，D*的表达式为:
Ad f VS / VN D* NEP P NEP / Ad f Ad f
(cm Hz W 1 )
1 2
3．积分响应度
●积分灵敏度表示探测器对连续辐射通量
的反应程度。对包含有各种波长的辐射 光源，总光通量为：
( )d
0

●光电探测器输出的电流或电压与入射总
光通量之比称为积分响应度。
●由于光电探测器输出的光电流是由不同波长的光
辐射引起的，所以输出光电流为：
I s I s ( )d R ( )d
一、有关响应方面的性能参数
1．响应率(或称响应度)Rv或RI 2．单色灵敏度 3．积分响应度 4．响应时间 5．频率响应
1．响应率(或称响应度)Rv或RI
响应率是描述探测器灵敏度的参量。它表征探测器输 出信号与输入辐射之间关系的参数。 ●定义：光电探测器的输出均方根电压 Vs 或电流 Is 与入 射到光电探测器上的平均光功率之比， 即： Rv＝Vs／P (V／W) RI＝Is／P (A／w) Rv和RI称为光电探测器的电压响应率和电流响应率。 测量响应率的辐射源一般是500K的黑体。 使用波长为λ的单色辐射源，则称为单色响应率Rλ ●在可见光波段，光电探测器的响应率又称为光电探测 器的灵敏度，并分为单色灵敏度和积分灵敏度。