第四章光源与光电探测器.pptVIP

图4－34噪声等效带宽矩形噪声功率增益曲线与频率坐标图围成的面积等于实际噪声功率增益曲线与频率坐标间的面积。此矩形的高为实际最大功率增益。第61页，共118页，星期日，2025年，2月5日噪声带宽可表示为：11.暗电流Id即光电探测器在没有输入信号和背景辐射时所流过的电流（加电源时）。一般测量其直流值或平均值。12．量子效率量子效率是评价光电器件性能的一个重要参数，它是在某一特定波长上在单位时间内光电探测器输出的光电子数与这一特定波长入射光子数之比。量子流速率N为第62页，共118页，星期日，2025年，2月5日量子流速率N即为每秒入射的光量子数。而每秒产生的光电子数为式中，IS为信号电流，q为电子电荷。因此量子效率为13．线性度线性度是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。线性度是辐射功率的复杂函数，是指器件中的实际响应曲线接近拟合直线的程度，通常用非线性误差来度量Δmax为实际响应曲线与拟合直线之间的最大偏差，I1和I2分别为线性区中最小和最大响应值。第63页，共118页，星期日，2025年，2月5日4.2.2光电探测器的噪声任何一个光电探测器在它的输出端总是存在着一些毫无规律、事先无法预知的电压起伏，即噪声。依据噪声产生的物理原因，光电探测器的噪声分为散粒噪声、产生－复合噪声、光子噪声、热噪声和低频噪声等。散粒噪声由于热激发作用，随机地产生电子所引起的起伏，称为散粒噪声。它是穿越势垒的载流子的随机涨落所造成的。这种噪声存在于所有光电探测器中。理论计算结果给出热激发散粒噪声的功率谱为：散粒噪声的电流为：i是流过探测器的平均暗电流，M是探测器的内增益，q是电子电荷电量。Δf是测量带宽第64页，共118页，星期日，2025年，2月5日相应的噪声电压为按照式中平均电流i产生的具体物理过程，有它们服从下式的转换关系如果用背景光功率Pb和信号光功率Ps显式表示，则有Id是热激发暗电流，ib和is分别为背景和信号电流S＝2是光电发射和光伏过程，S＝4是光电导、产生－复合过程，M＝1是光伏过程，M1是光电倍增管、雪崩过程第65页，共118页，星期日，2025年，2月5日2.产生－复合噪声半导体中由于载流子的产生与复合的随机性而引起的载流子平均浓度的起伏所产生的噪声称为产生－复合噪声。如果频率很低，且满足2πfτ1时，此时3.光子噪声当用光功率恒定的光照射探测器时，由于它实际上是光子数的统计平均值，每一瞬时到达探测器的光子数是随机的。不管是信号光还是背景光，都有光子噪声伴随。i是流过器件的平均电流，τ为载流子平均寿命，t为载流子在器件两极间平均漂移时间，f为频率。这种情况为白噪声第66页，共118页，星期日，2025年，2月5日4.热噪声或称Johnson噪声，即载流子的无规则热运动造成的噪声。当温度高于绝对零度时，导体或半导体中每一电子都作随机运动（相当于微电脉冲，尽管其平均值为零，但瞬时电流扰动会在探测器输出端产生均方电流或均方电压，其均方值为5.1/f噪声(低频噪声)也叫闪烁噪声。几乎所有探测器都存在这种噪声。这种噪声是由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流存在时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲。它主要出现在大约1kHz以下的低频频阈，而且与光辐射的调制频率f成反比，故称为低频噪声或1/f噪声。其经验公式为R是输出阻抗的实部Kf与元件制作工艺、材料尺寸、表面状态等有关的比例系数；α与流过元件的电流有关，通常α＝2；β与元件材料性质有关，大部分材料β＝1，γ与元件阻值有关1.4～1.7之间。第67页，共118页，星期日，2025年，2月5日§4.3光子探测器光电探测器通常分为2类:(1)光子探测器（利用各种光子效应）；（2）热探测器（利用温度变化效应）。光子效应：光电子发射、光电导、光生伏特、光电磁等。光热效应：温差电、电阻率变化、自发极化强度变化、气体体积和压强变化等。基于光电子发射效应的器件在吸收了大于红外波长的光子能量以后，器件材料中的电子能逸出材料表面，这各种器件称为外光电效应器件。基于光电导、光伏特和光电磁效应的器件，在吸收了大于红外波长的光子能量以后，器件材料中出现光生自由电子和空穴，这种器件称为内光电效应器件。4.3.1光电子发射探测器应用光电子发射效应制成的光电探测器称为光电子发射探测器。第68页，共118页，星期日，2025年，2月5日在光电子发射探测器中，入射辐射的作用是使电子从光电阴极表面发射到周围的空间中，即产生光电子发射。产生光