第十二章光电探测器演示文稿.ppt

第十二章光电探测器演示文稿
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优选第十二章光电探测器
第二页，共一百一十五页。
引言
探测器:光电子系统中，因为光波具有容量大、速度快、保密性好和抗干扰能力强等优点，常用光波调制使光载波携带而变化。通常用时间常数　来衡量
在阶跃输入光功率条件下，光电探测器输出电流　为

当　　　　　　时，(稳态值 )
称为时间常数
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频率响应
　　——探测器的响应度随入射光调制频率的变化特征
　多数探测器的响应度与调制频率的关系为
　　当　　　　　　时，
光电探测器的性能参数
调制频率ｆ＝０时的响应度
调制频率
探测器的截止频率
探测器时间常数决定了频率响应的宽度
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光电探测器的性能参数
线性度
　探测器的输出光电流（或光电压）与输入光功率成线性变化的程度和范围。
　　
　 一般来说，
　 弱光　　
　 强光
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引言
光电探测器的性能参数
光电探测器的噪声
半导体光电探测器
光电导探测器
光伏探测器
光电池
光电二极管
光电三级管
半导体器件的选择
CCD探测器
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光电探测器的噪声
探测器在完成光电转化过程中，不仅给出表征被测对象的电压、电流信号，同时也伴随着无用噪声的电压、电流信号，这是一种起伏信号，其大小决定了探测器的探测能力
计量起伏噪声（以起伏噪声电压 为例，噪声电流 类似）
噪声电压平均值的瞬间振幅和相位随时间呈无规则变化
　　　　均方值完全确定，表示单位电阻上所消耗的噪声平均功率
—计量噪声电压大小　　　　　—起伏噪声电压有效值
记为 记为
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光电探测器的噪声
总起伏噪声
产生起伏噪声的电压因素很多，且彼此之间相互独立。
热噪声暗电流噪声
散粒噪声
低频噪声
等
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光电探测器的噪声
热噪声
来源于电阻内部自由电子或电荷载流子的不规则热运动
计算公式：
热噪声电压、电流均方值
R—探测器内阻或等效电阻 T—探测温度（K）
—波尔兹曼常数 —电子带宽
额定噪声功率
热噪声与T成正比，
可通过降低探测器温度来减少热噪声
热噪声与电子带宽成正比，
而与频率无关，频谱无限宽，噪声功率密度（4kTR）为常数,为白噪声
热噪声与电阻中是否有电流无关
电阻所能输出的最大噪声功率与电阻无关
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光电探测器的噪声
暗电流噪声
来源：
　　探测器接入电路后由于热电子发射、场致发射或半导体中晶格热振动所激发出来的载流子产生的电流，与外来光照射无关。
定义：
暗电流噪声均方值

—暗电流平均值 ｅ—电子电荷
R—探测器等效电阻 —电子带宽
暗电流噪声与暗电流平均值成正比，可通过减少暗电流来减少噪声
暗电流噪声与电子带宽成正比，也为白噪声
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光电探测器的噪声
散粒噪声
来源：电子或光生载流子的粒子性
例如：光电子发射探测器中，即使入射光平均辐射强度不变，
发射的光电子数也总是围绕一个统计平均值做无规则伏。
内光电探测器中，光生载流子的产生和复合的随机性，
通过PN结的载流数总有微小的不规则起伏。
定义：
　　散粒噪声的均方值
—通过探测器的平均电流　　　Ｇ—探测器的电流内增益
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光电探测器的噪声
低频噪声
来源：目前尚不清楚。
　　　主要表现在大约１千赫以下的低频区域，且与调制频率成
反比，故称为低频噪声。
　　　半导体表面有缺陷或不均匀时影响很大，故亦称表面噪声。
定义
　　Ａ—比例系数　　　Ｉ—流过探测器的电流