光电检测技术第三章光电检测器PPT

光电检测器件
③噪声等效功率(NEP)-最小可探测功率 信号功率=噪声功率，即S/N=1时，入射到探测器
件上的辐射通量(单位为瓦)。
NEP e
S/N
NEP越小，噪声越小，器件的性能越好。
光电检测器件
④探测率D与归一化探测率D*
D越高，器件性能越好。为了在不同带宽内对测得的
不同的光敏面积的探测器件进行比较，使用了归一化
光电检测器件
第一节：光电检测器件的基本特征参数 一、有关响应方面的特性参数 1．响应度(或称为灵敏度)-光电转换效能
光电探测器输出信号（输出电压或输出电流）与 输入辐射功率或光通量之比。
一定入射光功率下，探测器输出电压或电流，可 分为电压响应度或电流响应度。用公式表示如下：
Sv
V0 Pi
入射光功率
光电导效应 如：光敏电阻
内光电效应
非放大型 光二、光电池
光生伏特
放大型 光三、场效应管、
雪崩光电二极管
光电检测器件
光子器件
热电器件
真空器件
光电管 光电倍增管 真空摄像管 变像管 像增强管
固体器件
光敏电阻 光电池 光电二极管 光电三极管 光纤传感器 电荷耦合器件
CCD
热电偶/热电堆 热辐射计/热敏电阻 热释电探测器
光电探测器的响应随入射辐射的调制 频率而变化的特性。其关系如下：
Sf
So 12f2
1 2
Sf
So
1 0.707
频率响应曲线
上限截 止频率
f上2121RC
f f上
二、有关噪声方面的参数（内部噪声） 光电检测器件 对这些随时间而起伏的噪声电压(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)称探测器的噪声电压(流)。 1、光电探测器件的噪声 ①热噪声
IS2RL IN2 RL
IS2 IN2
若用分贝（dB）表示，为:
N S10lgIIN S22
20lgIS IN
光电检测器件
注：利用S／N评价两种光电器件性能时，必须在 信号辐射功率相同的情况下才能比较。但对单个光电 器件，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，接收而积大，S／N就大，但 性能不一定就好。因此用此参数评价器件有一定的局 限性。 ②等效噪声输入(ENl)-器件在特定带宽内(1Hz)产生的 均方根信号电流恰好等于均方根噪声电流值时的输入 通量。在确定光电器件的探测极限时使用，出厂前标 定好了的，设计电路时或选择器件时直接使用。
②响应慢。即吸收辐射产生信号需要的时间长， 一般在几毫秒以上。
如：热释电探测器、热敏电阻、热电偶和热电堆 等。
2、光电检测器件：
光电检测器件
①响应波长有选择性。因这些器件都存在某一截止
波长，超过此波长，器件无响应；
②响应快。一般为纳秒到几百微秒。
非放大型 如：真空光电管
外光电效应
放大型 如：光电倍增管
SI
IБайду номын сангаас Pi
光电检测器件
注：对于一个给定器件，入射光波长不同，灵敏度将 不同，因此又有光谱响应度和积分响应度。 2、光谱响应度
入射到探测器上的单色辐通量(光通量)所对应的 光电探测器的输出电压或输出电流。对应的值越大， 表明探测器愈灵敏。
S() V0 或 S() I0
()
()
3、积分响应度
一、接收光信号的方式 二、各种光电检测器件的性能比较 三、光电检测器件的应用选择
光电检测器件
根据光电检测器件对辐射的作用方式的不同(或说 工作机理的不同)，可分为光子检测器件和热电检测器 件两大类。
光电检测器件和热电检测器件比较： 1、热电检测器件：
①响应波长无选择性。即它对从可见光到远红外 的各种波长的辐射同样敏感；
上升时间：从l0％上升到90％峰值处所需的时间。 下降时间：从90％下降到10％处所需的时间。 如图2—1：
光电检测器件
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，利用时间常数可得到光电探测器 响应度与入射调制频率的关系，且时间常数决定了光 电深酗器频率响应的带宽。
或称约翰逊噪声，即载流子无规则的热运动造成 的噪声。导体或半导体中每一电子都携带着电子电量 作随机运动(相当于微电脉冲)，尽管其平均值为零， 但瞬时电流扰动在导体两端会产生一个均方根电压， 称为热噪声电压。热噪声存在于任何电阻中；热噪声 与温度成正比；与频率无关。是白噪声。
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②散粒噪声 或称散弹噪声，即穿越势垒的载流子的随机涨落
④1/f噪声-或称闪烁噪声或低频噪声 这种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问发生微火花 放电而引起的微电爆脉冲。频率越低，噪声越大。 2、衡量噪声的参数 ①信噪比(S／N)
判断噪声大小的参数，常用分贝表示（dB）。在 负载上产生的信号功率与噪声功率之比。
S PS N PN
探测率(比探测率)D*这—参数。
光敏
面积
D 1 NEP
测量
D* D A•f 带宽
⑤暗电流 即光电检测器件在没有输入信号和背景辐射时所流
光电检测技术
光电工程学院
长春理工大学
第三章：光电检测器件
第一节 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 二、有关噪声方面的参数 三、其它参数
第二节 真空光电探测器件
一、光电发射材料 二、光电倍增管
第三节 半导体光电检测器件
一、光敏电阻 二、光电池 三、光敏二极管 四、光敏三极管
第四节 各种光电检测器件的性能比较和应用选择
(统计起伏)所造成的噪声。在每个时间间隔内，穿过 势垒区的载流子数或从阴极到阳极的电子数都围绕一 平均值上下起伏。同样是白噪声。 ③产生复合噪声
载流子的产生率与复合率在某个时间间隔也会在 平均值上下起伏。这种起伏导致载流子浓度的起伏， 从而也产生均方噪声电流。频率越低，电流较大时， 该噪声就越大。
光电检测器件
光电检测器件
表明探测器对连续辐射通量的反应程度；
0 d
S()(I0) I0S()()
1 为器件的短波限；
0 为器件的长波限。
积分得连续辐射量产生的电流：I
0 1
Sd
S I
0 1
S
d
0 d
光电检测器件
4、响应时间 描述光电探测器对入射辐射响应快慢的一个参数。
即驰豫，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。