光电材料教学PPT-第三章 光电器件的特性参数.pptVIP

2）响应率的测试 红外光电器件响应率测试原理图 （1）可见光——使用2856K标准白炽灯光源 （1）红外辐射——使用黑体模拟器做光源 3）线性范围的测试 平方反比律法、叠加法和滤光片法等。 在被测器件上得到从小到大的各种入射通量 平方反比律法 画出RV与不同辐通量的关系曲线，即可得到线性范围 第五节 光电器件的噪声 1）噪声的概念 噪声实质上就是物理量围绕其平均值的涨落现象 物理量的瞬时测量值 物理量的平均值 测量值与平均值之差 数列的平均值为零，不能说明涨落的大小 通常采用均方根的办法表达涨落的大小 当存在多种噪声时，总的噪声功率 故：总的噪声电压 噪声功率谱 噪声功率 噪声功率谱 带宽 得到噪声功率谱G(f)就可以确定噪声的大小 了 2）光电器件的噪声源 光电器件的主要噪声来源 光电转换过程的量子噪声(光电发射过程的量子噪声) 光电导的产生—复合噪声 热电效应的温度噪声 热噪声 介质损耗噪声 1/f噪声 (1)散粒噪声 具有泊松分布律的量子涨落噪声，统称为散粒噪声 散粒噪声起因于带电粒子的量子性 由于带电粒子发射或穿越势垒时，每瞬间的数量并不恒定，而是围绕平均值有起伏。 这一量子数的涨落吻合泊松分布的几率，由此引起瞬时电流值的涨落便构成了噪声。 光电子发射为例讨论散粒噪声的表达式 求得噪声功率谱 所以： id过二极管的平均电流 散粒噪声的通用表达式 适用于光电发射、热发射、及载流子穿越P-N结势垒等过程 如果器件具有内增益M，起伏也会被M倍，故 有增益时的散粒噪声表达式 (2)产生-复合噪声 载流子的产生及复合都具有随机性，这样就使起伏加倍 本质也是散粒噪声 （3）热噪声 电阻R中电子的热运动产生的噪声 为了降低热噪声，往往把器件进行深度致冷，放置于液氦(4K)、液氖(38K)或液氮(77K)的条件下以取得低噪声性能 降低温度可使器件的热噪声减小 （5）温度噪声 热电效应器件中，因温度的随机涨落而形成噪声 （6）低频噪声(1/f噪声） 主要出现在大约1kHz以下的低频频域 与光辐射的调制频率f成反比 作业 计算1kΩ电阻在室温（300K）下的热噪声 光电导探测器的噪声主要是产生-复合噪声。一个光电导器件的内增益为100，响应率为1A/W，光敏面面积为5mm2，暗电流可忽略不计。请计算其在300lx光照下的信噪比。 一个光电器件的响应率为1A/W，器件的光敏面面积10mm2，测量放大器带宽500Hz，无光照时噪声电流10nA，计算其比探测率。 一个光阴级在555nm光照射下的响应率为300μA/lm，计算其量子效率 定义 称为归一化探测率（有时也直接称为探测率） D*大的探测器其探测能力一定好。 定量比较不同情况下探测器的性能 　　D*(λ, f ,Δf )。 比探测率D* 把探测率D标准化(归一化)到测量带宽为1Hz、光电器件光敏面积为1cm2。 参数 物理描述 表达式 单位 积分灵敏度R 光电转换特性的量度 安/瓦 伏/瓦 光谱灵敏度Rλ 对某一波长光电转换的量度 安/瓦 噪声等效功率NEP 探测器所能探测的最小光信息功率 瓦 探测率D 等效噪声功率的倒数 瓦-1 归一化探测度D* 与噪声等效功率成倒数、光敏面积和噪声功率有关 厘米.赫兹1/2/瓦 几个重要参数归纳 4. 光电器件的图像分辨特性 1） 分辨力 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨能力 通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹数来表示。 对于直视型光电成像器件，取输入像面上每毫米所能分辨的等宽黑白条纹数表示分辨力 （lp/mm） 对于非直视型光电成像系统，取扫描线方向相当于帧高的距离内所能分辨的等宽黑白条纹数表示分辨力——电视线 表示电视分辨力的指标，可以用电视线 n，也可以用视频带宽 ΔfV a：宽高比；fh：行扫描频率 2）光学传递函数 A）线性位移不变性条件（LSI条件） i）线性条件：满足齐次性和叠加性 齐次性 设： 叠加性 设： 则： 则： 位移不变性条件 设： 则： 在 时成立 输入图像在空间坐标上平移时，输出像的对应关系不变 实际光电器件不能严格满足LSI条件 线性工作段 分区讨论 b）点扩展函数（PSF）、线扩展函数（LSF）与边缘扩展函数（ESF） ① 线扩展函数 线扩展函数 ② 物像关系 幅度 线性条件 LSI条件 k 输入图像 第k个点的像 输出图像 线扩展函数 Δx 在空间域中，一维输出图像的分布函数等于一维输入图像的分布函数与归一化线扩展函数的卷积 结论 像的亮度分布函数 像的亮度分布函数 线扩展函数 卷积 推广到两维 设： 点扩展函数 LSI系统的二维输出图像分布函数等于二维输入图像分布函数与归一化点