光电探测器.ppt

第4讲光电探测器光辐射探测器热电探测器特点：①响应波长无选择性，它对从可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感。②响应慢，吸收辐射产生信号需要的时间长，一般在几毫秒以上。光电成像器件光电探测器件是利用物质的光电效应把光信号转换成电信号的器件。它是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。1.响应度（或灵敏度)
光电探测器的输出电压或输出电流(或光电导)与入射光功率(或光照度)之比，它描述器件的光电转换效能。⑴光谱响应度
光电探测器的输出电压或输出电流与入射到探测器上的单色辐射通量之比，光谱响应度愈大，表示光电探测器愈灵敏。⑵积分响应度
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。积分灵敏度表示探测器对连续辐射通量的反应程度。2．响应时间
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。3．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、噪声方面的参数⑴热噪声：
也称约翰逊噪声，载流子无规则的热运动造成的噪声。⑵散粒噪声：
也称散弹噪声，穿越势垒的载流子的随机涨落（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的数或从阴极到阳极的电子数都围绕一平均值上下起伏。散粒噪声也是白噪声。⑷1/f噪声(闪烁噪声或低频噪声）：
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称为1/f噪声。2、噪声参数：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。
但对单个光电探测器，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。⑵等效噪声输入(ENl)：
它定义为器件在特定带宽内(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，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。⑷探测率D：
只用NEP无法比较两个不同来源的光探器的优劣。为此，引入两个新的性能参数——探测率D和比探测率D*。探测率D定义为NEP（噪声等效功率）的倒数，即⑸归一化探测率D*：

为了在不同带宽内对测得的不同的光敏面积的光电探测器件进行比较，使用了归一化探测率（比探测率）D*。1、量子效率η(λ)：
在某一特定波长上每秒钟内产生的光电子数与入射光量子数之比。2、线性度：
描述探测器的光电特性或光照特性曲线，输出信号与输入信号保持线性关系的程度。在规定范围内，探测器的输出电量精确地正比于输入光量的性能。这一范围称为线性区。光电阴极通常采用逸出功小的光敏材料。当光线照射到光敏材料上便有电子逸出，这些电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，在外电路就产生电流。若在外电路串入一定阻值的电阻，则在该电阻上的电压降或电路中的电流大小都与光强成函数关系，从而实现光电转换。优点：光电阴极面积大，灵敏度较高；暗电流小，最低可达10-14A；光电发射弛豫过程极短。建立在光电效应、二次电子发射和电子光学理论基础上的，把微弱入射光转换成光电子，并获倍增的器件㈠、基本结构与原理光窗分侧窗式和端窗式两种，它是入射光的通道。由于光窗对光的吸收与波长有关，波长越短吸收越多，所以倍增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料。2．光电阴极⑴光射入物体后，物体中的电子吸收光子能量，从基态跃迁到能量高于真空能级（真空中静止电子能量）的激发态。
⑵受激电子从受激地点出发，在向表面运动过程中免不了要同其它电子或晶格发生碰撞，而失去一部分能量。
⑶达到表面的电子，如果仍有足够的能量足以克服表面势垒对电子的束缚（即溢出功）时，即可从表面溢出。⑴光吸收系数大，以便体内有较多的电子受到激发；
⑵光电子在体内传输过程中受到的能量损失小，使其溢出深度大；
⑶材料的逸出功要小，使到达真空界面的电子能够比较容易地溢出；
⑷另外，作为光电阴极，其材料还要有一定的电导率，以便能够通过外电源来补充因光电发射所失去的电子。★金属吸收效率很低；
★金属中光电子溢出深度很浅，只有几纳米；
★金属溢出功大多为大于3eV，对λ>410nm的可见光来说，很难产生光电发射，量子效率低；
半导体材料是否满足良好的光电发射材料的条件？(1)使光电阴极发射的光电子尽可能全部会聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散电子散射掉，提高信噪比；
(2)使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中有尽可能相等的渡越时间，以保证光电倍增管的快速响应。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