光电探测器

一类是：利用各种光子效应的光子探测器 一类是：利用温度变化效应的热探测器
波相互作用效应：激光与某些敏感材料相互作用过程中产生的一些参量效应，包括非线 性光学效应和超导量子效应。
光电探测器的分类
真空器件
光电管 光电倍增管 真空摄像管 变像管 像增强器 光敏电阻 光电池 光电二极管（PIN APD PIN、APD PIN APD） 光电三极管 位置传感器PSD PSD 电荷耦合器件CCD CCD CMOS图像传感器 CMOS 光电耦合器 光中断器
置放大器、信号处理电路、计算机系统。 光电探测器是光电系统的核心，其他部分都是围绕光电探测器 来设计的。
光电系统
• 光电系统的特点：输出的电信号十分微弱
若探测器输出的信号很微弱，噪声和干扰的影响就不能忽视。 • 探测器的偏置电路、前置放大器都要进行特殊的考虑，即： 低噪声电子设计 • 当探测器输出的信号十分微弱，小到甚至被噪声所淹没， 这时要从噪声中分离出有用信号，就要采用特殊的方法， 即：微弱信号检测的方法。
热探测器
• 热探测器对光辐射的响应无波长选择性
• 与光电效应有本质的不同，光热效应与入射辐射的单个光 子的能量没有直接关系。因此，热效应一般与波长无关， 即光电信号取决于入射辐射功率而与入射辐射的光谱成份 无关
• 光热效应可以产生：
• • • • 温差电效应 电阻率变化效应 自发极化强度的变化效应 气体体积和压强的变化效应等等
光 电 效 应
热 探 测 器
热电偶和热电堆 测辐射热计 热释电探测器 气体探测器：高莱管
温差电效应 电阻率变化效应 自发极化强度的变化效应 气体体积和压强的变化效应
小结——两种探测器的性能比较
光子探测器 工作温度 工作波长 响应时间 响应灵敏度 (大多)需要制冷 对波长有选择 响应时间短 高 热探测器 不需要制冷 对波长无选择 响应时间长 低
光电探测器概述
探测器: 探测器:光电子系统中，因为光波具有容量大、速度 快、保密性好和抗干扰能力强等优点，常用光波调 制使光载波携带信息。对于光辐射的探测也显得尤 为重要。把光辐射的能量变成其它能量形式（如电、 热等）的信息，再通过对这些信息的测量，实现对 光辐射的探测。 光电探测器: 光电探测器:从近代测量技术来看，电量测量不仅是 最方便，而且是最精确的，所以大部分光探测器都 是直接或间接把光辐射能量转化为电量
响应时间： 由于温度的升高需要热积累，所以探测器的速度较慢， 而且容易受环境的影响。 外光电效应，从光照射到释放电子的时间不超过 1 0 - 9
That’s all Thank you !
Hale Waihona Puke 光子探测器---内光电效应
• 内光电效应 光电导效应 光伏(光生伏特)效应 光磁电效应 光子牵引效应 丹培(Dember)效应
光子探测器---内光电效应
• 光电导效应：应用最广泛的光电子效应
原理：入射光子与晶格原子或杂质原子的束缚电子相互 作用，产生自由电子一空穴对(本征光电导)、自由电子或空 穴(非本征光电导)，从而使半导体材料的电导增加。
光电探测器概述
• • • • 光电探测器的原理及分类 光子探测器 热探测器 小结
光电探测器： 光
光电探测器原理
电
光电探测器：一种将辐射能转换成电信号的器件， 光电探测器 是光电系统的核心组成部分。 作用：发现信号、测量信号，并为随后的应用提取 作用 某些必要的信息 光电探测器的分类
光电探测器的种类很多，新的器件也不断出现， 光电探测器的种类很多，新的器件也不断出现，按探测机理 的物理效应可分为两大类： 的物理效应可分为两大类：
光 电 探 测 器
光子探测器
固体器件
热探测器
热电偶和热电堆 测辐射热计 热释电探测器 气体探测器：高莱管
光子探测器
• 特点：入射光子和材料中的电子发生各种 直接相互作用，即光电子效应。 • 所用的材料：大多数为半导体。
• 根据效应发生的部位和性质，分为
要包括光阴极直接向外部发射电子的现象。典型的例子是物 质表面的光电发射。这种效应多发生于金属和金属物。 别是半导体内部载流子光生效应。这种效应多发生于半导体 内。
• 利用光电导效应的探测器：光电导探测器 典型器件：光敏电阻
光子探测器---内光电效应
• 光伏（光生伏特）效应：是另一种应用广泛的
内光电效应
光 电压(伏特) • 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，形成光生伏特电压或光生电流的现象。
光 电 探 测 器
固体器件
热 探 测 器
热电偶和热电堆 测辐射热计 热释电探测器 气体探测器：高莱管
小结
光 子 探 测 器
真空器件
光电管 光电倍增管
外 光 电 效 应 内 光 电 效 应
光 电 探 测 器
固体器件
光敏电阻 光电导效应 光电池 光电二极管 光电三极管 光伏效应 位置传感器PSD PSD 电荷耦合器件CCD CCD CMOS图像传感器 CMOS
外光电效应：发生在物质表面上的光电转化现象，主 内光电效应：指发生在物质内部的光电转化现象，特
光子探测器---外光电效应
• 光电子发射探测器(利用光电子发射效应的探测器)
光电子发射效应也称外光电效应。入射辐射的作用是使 电子从光电阴极表面发射到周围的空间中，即产生光电子发 射。
• 典型器件： 光电管 光电倍增管
光电探测器
绪论
光电系统
• 光电系统：以光波作为信息或能量载体，实现
传感、传输、显示、控制等功能的系统。
• 按辐射源来分：主动光电系统和被动光电系统
• 被动式光电系统利用目标自身的辐射探测目标 • 主动式光电系统则需要另外的照明光源
光电系统
典型的光电系统（被动）
一般由五部分组成：光学系统（调制器）、光电探测器、前
与光电导效应不同之处：
存在内部势垒，将正、负载流子在空间上分离
• 常用的光伏探测器有： PIN光电二极管(PIN管) 光电池、光电二极管 雪崩光电二极管(APD管) 光电三极管
光子探测器特点
• 是一种波长选择性探测器
吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态改变， 即光子能量的大小直接影响内部电子状态改变的大小，因而 这类探测器受波长限制，存在“红限”
热探测器
• 温差电效应(热电偶和热电堆)
由两种材料制成的结点处出现温差而在两结点间产生的 电动势，回路中产生电流。
• 电阻率变化效应(测辐射热计Bolometer)
入射光的照射使材料由于受热而造成电阻率变化的现象
• 自发极化强度的变化效应(热释电效应/热释电探测 器)
介质的极化强度随温度变化而变化，引起介质表面电荷变 化的现象
截至波长
λc
hc = E
E在外光电效应中为表面逸出功，在内光电效应中为半导体禁带宽度。
热探测器
• 热探测器对光辐射的响应和光子探测器不同。
它基于材料吸收了光辐射能量以后温度升高的现象，即光 热效应。
• 光热效应的特点：
入射光辐射与物质中的晶格相互作用，晶格因吸收光能 而增加振动能量，这又引起物质的温度上升，从而导致与温 度有关的材料的某些物理性质的变化。
• 气体体积和压强的变化效应(高莱管)
小结
光 子 探 测 器
真空器件
光电管 光电倍增管 真空摄像管 变像管 像增强器 光敏电阻 光电池 光电二极管（PIN APD PIN、APD PIN APD） 光电三极管 位置传感器PSD PSD 电荷耦合器件CCD CCD CMOS图像传感器 CMOS 光电耦合器 光中断器