129974244372031250光电探测器的选择课件.ppt

作业 光敏电阻两种，光电池，光电二极管，PIN光电二极管，雪崩PIN光电二极管，光电三极管各一到两种，光电倍增管一到两种，测辐射热敏电阻，热电偶，热释电器件各一种 把噪声这个随机的时间函数进行傅氏频谱分析，得到噪声功率随频率变化关系，称为噪声功率 。 噪声的概念 （1）白噪声：功率谱大小与频率无关的噪声 。 白噪声 数值为频率f的噪声在单位电阻上所产生的功率 （2） 噪声：功率谱与 成正比的噪声。 根据噪声功率谱与频率的关系： 热噪声均方电流和热噪声均方电压为： 1.热噪声 热噪声存在于任何导体和半导体中。 载流子热运动引起的电流起伏或电压起伏称为热噪声或称为约翰逊（Johnson）噪声。 k是玻尔兹曼常数；T是温度（K）； 为所取的通带宽度（频率范围）。 1.热噪声 热噪声的等效电路： R R 因温度影响电子运动速度，所以热噪声功率与温度有关。在温度一定时，热噪声只与电阻和通带有关，故热噪声也称电阻噪声或白噪声。 例如：在光电管中光电子从阴极表面逸出的随机性；p-n结中载流子通过结区的随机性；入射到探测器表面的光子的随机起伏，经光电变换后也表现为散粒噪声。 2.散粒噪声 散粒噪声，犹如射出的散粒无规则地落在靶上所呈现的起伏，每一瞬间到达靶上的值有多有少，这些散粒是完全独立的事件。这种随机起伏所形成的噪声称为散粒噪声。 2.散粒噪声 散粒噪声的表达式为 q为电子电荷；I为器件输出平均电流； 为所取带宽。 散粒噪声是与频率无关，与带宽有关的白噪声。 3.产生-复合噪声 在半导体中，在一定温度或一定光照下，载流子不断地产生-复合。在平衡状态时，载流子的产生和复合的平均数是一定的，但其瞬间载流子的产生数和复合数是有起伏的，于是载流子浓度的起伏引起材料电导率起伏。在外加电压下，电导率的起伏使输出电流或电压中带有产生-复合噪声。 3.产生-复合噪声 产生-复合噪声表达式： I为总的平均电流； 为总的自由载流子数； 为载流子寿命； 为测量噪声的频率。 4.1/f 噪声 1/f 噪声又称为闪烁或低频噪声。 它主要出现在大约1KHz以下的低频频域，而且这种噪声的功率谱近似与调制频率f成反比，故称为1/f 噪声。 实验发现，探测器表面的工艺状态(缺陷或不均匀等)对这种噪声的影响很大，所以有时也称为表面噪声或过剩噪声。 4.1/f 噪声 1/f 噪声的表达式： α接近于2，它与流过元件的电流有关； β为与元件材料性质有关的系数，其值在0.8~1.5之间，大部分材料的β值取１； C为比例常数。 一般说，只要限制低频端的调制频率不低于1千赫兹，这种噪声就可以防止。 在热探测器中，不是由于辐射信号的变化，而是由于器件本身吸收和传导等的热交换引起的温度起伏称为温度噪声。 5.温度噪声 温度噪声的表达式为： 为器件的热导； 是热时间常数； 为器件的热容；T为周围温度（K）。 在低频时 噪声 散粒噪声和热噪声 产生-复合噪声 光电探测器噪声功率谱综合示意图 * 器件必须和光信号源在光谱特性上匹配 器件的光电转换特性必须和入射辐射能量匹配 必须和光信号的调制形式、信号频率及波形相匹配 必须和输入电路在电特性上良好地匹配 必须选好器件规格和使用环境 选用光电器件的基本原则： 光电探测器的工作条件 1.? 辐射源的光谱分布 （如单色、黑体、调制）2.? 电路的通频带和带宽 （噪声的影响）3.? 工作温度： 295K、195K、77K、20.4K 、 4.2K4. 光敏面尺寸：1cm25.? 偏置情况 * * * * * * * * * * * * * * * * * 光电探测器总结 光电探测元件 外光电效应 内光电效应 非放大型 放 大 型 光电导探测器 光生伏特探测器 本征型 掺杂型 非放大 放大型 真空光电管 充气光电管 光电倍增管 变像管 像增强器 光敏电阻 红外探测器 光电池 光电二极管 光电三极管 光电场效应管 雪崩型光电二极管 表1：探测器件 光辐射探测器分类 光辐射探测器件是利用各种光电效应，或光热效应使入射光辐射强度转换成电学信息或电能的仪器。 按用途分：成像、非成像探测器； 按光谱响应分：紫外光、可见光、近红外、 中红外、远红外探测器； 按工作转换机理分：光子（光电）、热探测器 光子探测器特点 选择性探测器，即光子波长有长波限。波长长于长波限的入射辐射不能产生所需的光子 效应，因此无法被探测。 灵敏度高，响应时间短。 波长短于长波