第四章. 光电探测器概述.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 一、有关响应方面的性能参数 响应时间：当入射辐射到光电探测器后或入射辐射遮断后，光电探测器的输入上升到稳定值或下降到照射前值所需要的时间。 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。 表征：同时间常数　　　，它决定了光电探测器频率响应的带宽 二、有关噪声方面的参数 探测器具有固有噪声，这些噪声的时间平均值为零，但其均方根不为零，这个均方根电压（电流）称为探测器的噪声电压（流）。 信噪比（S/N）：在负载电阻RL上产生的信号功率与噪声功率之比 二、有关噪声方面的参数 等效噪声输入(ENI) 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，其它参数，如频率温度等应加以规定。 在确定光电探测器件的探测极限时使用。 二、有关噪声方面的参数 噪声等效功率(NEP) －最小可探测功率 探测率D和比探测率D＊ 二、有关噪声方面的参数 噪声等效功率(NEP) －最小可探测功率 探测率D和比探测率D＊ 三、其它参数 量子效率 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。 三、其它参数 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。 线性区的大小与探测器后的电子线路有很大关系 线性区的下限由暗电流和噪声因素决定，上限由饱和效应或过载决定； 线性区随偏量、辐射调制及调制频率等条件的变化而变化。 噪声的统计特性 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。 线性区的大小与探测器后的电子线路有很大关系 线性区的下限由暗电流和噪声因素决定，上限由饱和效应或过载决定； 线性区随偏量、辐射调制及调制频率等条件的变化而变化。 噪声的统计特性 什么是噪声？特点和分析方法(抑制噪声的方法) 包括：概率分布 功率谱密度 相关函数 常见噪声的统计特征 噪声的概率分布 噪声的特点：连续型随机信号 产生原因：①电子热运动； ②电路中的随机扰动； ③半导体器件中载流子的不规则运动。 均属于噪声的统计特性 概率论基本知识 已知t时刻噪声电压的概率分布密度为 噪声电压取值在 和 之间的概率为： 由于噪声是随机过程，它的统计特征量为 数学期望： 方差 几个概念 广义平稳随机过程：光电系统处于稳定状态时，噪声的方差和数学期望一般不再随时间变化。 狭义平稳随机过程：噪声的概率分布密度不随时间变化 各态经历：统计平均可以用时间平均来计算 *光电系统的噪声是各态经历的广义平稳随机过程。 以热噪声为例： 符合高斯分布 数学期望： 热噪声平均值，一般为0 方差： 热噪声的交流功率， 越大， 噪声越强。 在 时的概率： 噪声的功率谱密度 噪声功率谱密度 :表示单位频谱的噪声功率 噪声功率 :在频域 之间噪声频谱分量的平均功率。 讨论： ①如果放大器带宽为(f1,f2)，则上式积分上下限应改为f1,f2; ②和光电探测器相连接的低噪声放大器带宽不应太宽； 光电系统中的噪声分类： 白噪声：SN(f)=常数 低频噪声，红噪声，如1/f噪声 高频噪声，蓝噪声 噪声的相关函数 重点研究噪声在不同时刻取值之间的相关性。 自相关函数 定义 由于各态经历的平稳随机过程，统计平均可用时间平 均来表示，与时间起点无关。 讨论：几个重要性质 ① 仅与时间差 有关，与计算时间t的起点无关 ② 随 的增加逐渐衰减，表示在时间上相关性逐渐减少。特别是对零均值噪声，可以证明 当 时， ③ 是一种偶函数，即 ，因此自相关函数又可以写为 ④当 时， 具有最大值，且 特别当 时， 和 关系 维纳-辛钦定理： 条件： 由于 均为偶函数，故上式又可写为： 噪声的互相关函数 定义： 对于具有各态经历的平稳随机过程： 讨论 : ① 仅与时间差 有关，而与计算时间t的起点无关； ② ③