光电检测2.2.pptVIP

* §2.2光电探测器的噪声 一、的概念噪声 1.噪声——信号在传播和处理过程中受到一些无用信号的干扰。同理，光探测器在进行光电转换过程中，同样要引入噪声——称为光电探测器的噪声。 规定 ——信号，u(t)——传输、处理后得到的结果。 则： ——噪声，可以说 是u(t)偏离 的程度。 2.噪声分类： 可分为：人为，自然干扰，物理系统的。 前两种称为有形噪声，一般可预知，因而总有方法减少和消除。后一种来自物理系统内部，表现为无规则起伏——随机现象——随机起伏。如电阻中自由电子热运动，真空管中电子的随机发射，半导体中自由载流子的产生和复合等。 2.噪声分类： 可分为：人为，自然干扰，物理系统的。 前两种称为有形噪声，一般可预知，因而总有方法减少和消除。后一种来自物理系统内部，表现为无规则起伏——随机现象——随机起伏。如电阻中自由电子热运动，真空管中电子的随机发射，半导体中自由载流子的产生和复合等。 二、噪声的描述 用g(t)表示时间平均，g(t)图形为： 由上表述，噪声电压随机起伏，没有预知的时间函数可以描述，噪声本身是统计独立的，可以用统计方法描述，显然时间平均值为零，用时间平均不能描述噪声大小，但 是噪声的方均根是存在的，即 ，这就是有效电压，这正是噪声服从统计规律的反映。 噪声功率 由此可见，定量估计探测器噪声的大小是很重要的，一般方法是建立噪声的自相关函数，计算其功率谱，估计 。（参见王清正等编《光电检测技术》，第二章，电子工业出版社） 三、光电探测器的噪声源（类型） 在一部分是主要讨论光电探测中几种重要的固有噪声，即散粒噪声，热噪声， 产生——复合噪声， 噪声 1、散粒噪声——由于光探测器在光辐射下或热激发作用下，光电子或载流子随机所造成的。由于随机起伏是一个一个带电粒子或电子引起的，所以称为散粒噪声。 由理论分析可得（无光照） 平均直流电流值，（ 载流子数的平均值） 显然，散粒噪声与探测器工作频率无关。有光照时， 2、热噪声——是由耗散元件中载流子的随机热运动引起的。任何有电阻的材料都有热噪声，奈奎斯特或琼斯噪声。其值为： 散粒噪声与热噪声的功率谱密度与工作频率无关，即具有平坦的特性——称为白噪声。 3、产生——复合噪声（g-r）（Generation Recombination Noise）——半导体中由于载流子产生与复合的随机性而引起的平均载流子浓度的起伏所产生的. 从本质上讲仍是散粒噪声,但对光电导探测器来说(与光伏探测器不同),存在严重的复合过程,因为强调复合与产生两个因素,取名g-r。 理论计算 其中 —光电探测器中的平均电流， —光 电导的内增益， —载流子平均寿命 ， —渡越两电极的时间， —入射光角频率。 当1 ? 时，则 4、 噪声 几乎所有的探测器中都存在这种噪声。主要出现在大约1kHz以下的低频区域，而且与光辐射的调制频率 f 成反比，由此而得名。其产生原因主要是探测器制造工艺，半导体表面状态，及器件尺寸等有关。 经验公式： 5.其他：光子噪声，温度噪声。