光电检测第三章.ppt

2006－04－17 光电检测系统的光电接收器件 光敏电阻阻值对光照特别敏感，是一种典型的利用光电导效应制成的光电探测器件。 组成：它由一块涂在绝缘基底上的光电导材料薄膜和两端接有两个引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。 增益系数：光电流与入射光引起的单位时间电荷量的比值。 光电特性：表征光电流与照度（或光通量）之间的关系。 伏安特性：在一定的光照下，光电流与所加电压的关系 温度特性： 前历效应： 亮态前历效应： 光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象。 时间、频率响应： 光谱特性：相对灵敏度与波长的关系 光电导现象——半导体材料的“体”效应 光伏现象——半导体材料的“结”效应 第一象限是正偏压状态，多子导电，电流本来就很大，所以光生载流子不起重要作用。LD激光器是正向偏压。作为光电探测器，工作在这一区域没有意义。第三象限是反偏压状态。少子导电，光生载流子是流过探测器的主要电流。反向偏压有利于提高灵敏度和响应频率。 第四象限中外偏压为零。流过探测器的电流仍为反向光电流，随着光功率的不同，出现明显的非线性。这时探测器的输出是通过负载电阻RL上的电压或流过RL上的电流来体现。 APD雪崩光电二极管 雪崩光电二极管是利用PN结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种二极管。 这种管子工作电压很高，典型工作电压约100～200V，接近于反向击穿电压。结区内电场极强，光生电子在这种强电场中可得到极大的加速，同时与晶格碰撞而产生电离雪崩反应。由于雪崩反应是随机的，所以噪声大是这种管子目前的一个主要缺点。该管响应速度特别快，带宽可达100GHz，是目前响应速度最快的一种光电二极管。 ADP应用——激光雷达 光电池 第一象限正偏压，第三象限反偏压，第四象限中外偏压为零。流过探测器的电流仍为反向光电流，随着光功率的不同，出现明显的非线性。这时探测器的输出是通过负载电阻RL上的电压或流过RL上的电流来体现。 例2. 计算机系统中终端设备 与主机的隔离运行 制作干手机可参考随机延时电路和固定延时电路。 注意：人感器必须隔热，出风口与感应窗口要分离。 位置敏感探测器：可以检测光位置的器件，也称为坐标光电池 由于光电转换设备和放大设备都是针对微观的电荷进行量化操作。就需要一个精密的器件来完成这两个过程。 我们常用的是 CCD 和 CMOS CCD结构包括 感光二极管（Photodiode），也称为光敏单元 并行信号寄存器（Shift Register） -用于暂时储存感光后产生的电荷 串行信号寄存器（Transfer Register） -用于暂时储存并行积存器的模拟信号并将电荷转移放大 信号放大器-用于放大微弱电信号 数摸转换器-将放大的电信号转换 成数字信号 CCD芯片的工作方式： A 光电转换 B 电荷储存 C 电荷转移 D 转化为电压量 CCD单元部分，就是一 个由金属-氧化物-半导体（MOS）组成的电容器。 这一装置能够完成光电转换。 当向CCD单元电极施加正电压时，会产生能储存电荷的势阱。由于极板上的正电荷总量恒等于势阱中自由电荷加上负离子的总和，随着电荷的不断注入，势阱会不断变浅，直至饱和. 当一个CCD芯片感光完毕后。每个像素所转换的电荷包，就按照一行的方向转移出CCD感光区域。为下一次感光释放空间。 电荷转移出感光区域的时间，需要抑制新的电荷注入到芯片。在此，我们加入快门。 机械快门（需要相机的曝光信号，速度慢） 电子快门 整帧电子快门 （CCD芯片不通 电即不工作） 滚动电子快门 CCD最重要的两个性能 对光的敏感度 1.芯片材质 2.单位像素尺寸 帧速度 1.曝光时间 2.芯片的传输速度——芯片的传输方式决定的 根据阵列排布方式的不同，CCD成像器件分 为线阵和面阵两大类。 线阵CCD的构造相对简单。只是单行的 感光和转移。 面阵CCD复杂一些。常见的面阵芯片的转移方式： 隔行转移、帧转移全帧转移。 计数：计数器用来记录驱动周期的个数，N+m，考虑到“行回扫”的时间需要，采用过驱动，m为过驱动的次数。