第一章 紅外探測器概述-2014

1、傳感器原理與應(yīng)用 理學(xué)院理學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系電子科學(xué)與技術(shù)系 宋曉偉宋曉偉 第一章第一章 紅外探測器概述紅外探測器概述 n1.1 紅外探測器物理基礎(chǔ)紅外探測器物理基礎(chǔ) n1.2 紅外探測器的性能參數(shù)紅外探測器的性能參數(shù) n1.3 紅外探測器性能參數(shù)的測量紅外探測器性能參數(shù)的測量 1.1 紅外探測器物理基礎(chǔ) n任何溫度高于絕對零度的物體都會產(chǎn)生紅外輻射。如 何檢測它的存在，測定它的強(qiáng)弱并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌?式的能量(多數(shù)情況是轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?以便應(yīng)用，就是紅 外探測器的主要任務(wù)。紅外探測器是紅外系統(tǒng)中最關(guān) 鍵的元件之一。紅外探測器所用的材料是制備紅外探 測器的基礎(chǔ)，沒有性能優(yōu)良的材料就制備不出性能

2、優(yōu) 良的紅外探測器。 完整的紅外探測器的構(gòu)成 n一個完整的紅外探測器包括紅外敏感元件、 紅外輻射入射窗口、外殼、電極引出線以 及按需要而加的光闌、冷屏、場鏡、光錐、 浸沒透鏡和濾光片等，在低溫工作的探測 器還包括杜瓦瓶，有的還包括前置放大器。 按探測器工作機(jī)理區(qū)分，可將紅外探測器 分為熱探測器熱探測器和光子探測器光子探測器兩大類。 1.1.1 熱探測器 n工作原理：熱探測器吸收紅外輻射后產(chǎn)生 溫升，然后伴隨發(fā)生某些物理性能的變化。 測量這些物理性能的變化就可以測量出它 吸收的能量或功率。 n常見的類型：常利用的物理性能變化有下 列四種，利用其中一種就可以制備一種類 型的熱探測器。 1. 金屬或

3、半導(dǎo)體熱敏電阻測輻射熱器 n熱敏物質(zhì)吸收紅外輻射后，溫度升高，阻 值發(fā)生變化。阻值變化的大小與吸收的紅 外輻射能量成正比。利用物質(zhì)吸收紅外輻 射后電阻發(fā)生變化而制成的紅外探測器叫 做熱敏電阻。熱敏電阻常用來測量熱輻射， 所以又常稱為熱敏電阻測輻射熱器。常見 的熱敏電阻及其應(yīng)用形式十分廣泛。 n 熱敏電阻器種類繁多，一般按阻值溫度 系數(shù)可分為負(fù)電阻溫度系數(shù)和正電阻溫度 系數(shù)熱敏電阻器；按其阻值隨溫度變化的 大小可分為緩變和突變型；按其受熱方式 可分為直熱式和旁熱式；按其工作溫度范 圍可分為常溫、高溫和超低溫?zé)崦綦娮杵鳎?按其結(jié)構(gòu)分類有棒狀、圓片、方片、墊圈 狀、球狀、線管狀、薄膜以及厚膜等熱敏

4、電阻器。 n 熱敏電阻器的主要特點(diǎn)是對溫度靈敏度 高，熱惰性小，壽命長，體積小，結(jié)構(gòu)簡 單，以及可制成各種不同的外形結(jié)構(gòu)。因 此，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 這種元件已獲得了廣泛的應(yīng)用，如溫度測 量、溫度控制、溫度補(bǔ)償、液面測定、氣 壓測定、火災(zāi)報警、氣象探空、開關(guān)電路、 過荷保護(hù)、脈動電壓抑制、時間延遲、穩(wěn) 定振幅、自動增益調(diào)整、微波和激光功率 測量等等。 2. 測輻射熱電偶和熱電堆 n把兩種不同的金屬或半導(dǎo)體細(xì)絲(也有制成 薄膜結(jié)構(gòu))連成一個封閉環(huán)，當(dāng)一個接頭吸 熱后其溫度和另一個接頭不同，環(huán)內(nèi)就產(chǎn) 生電動勢，這種現(xiàn)象稱為溫差電現(xiàn)象。利 用溫差電現(xiàn)象制成的感溫元件稱為溫差電 偶(也

5、稱熱電偶)。溫差電動勢的大小與接頭 處吸收的輻射功率或冷熱兩接頭處的溫差 成正比，因此，測量熱電偶溫差電動勢的 大小就能測知接頭處所吸收的輻射功率或 冷熱兩接頭處的溫差。 圖1-14 熱電偶原理圖 n制造溫差電偶的材料有純金屬、合金和半 導(dǎo)體。常用于直接測溫的熱電偶一般是純 金屬與臺金相配而成，如鉑錠鉑、鎳 鉻鎳鋁和銅康銅等，它們被廣泛用于 測量1300以下的溫度。用半導(dǎo)體材料制 成的溫差電偶比用金屬作成的溫差電偶的 靈敏度高，響應(yīng)時間短，常用作紅外輻射 的接收元件。將若干個熱電偶串聯(lián)在一起 就成為熱電堆。在相同的輻照下，熱電堆 可提供比熱電偶大得多的溫差電動勢。因 此，熱電堆比單個熱電偶應(yīng)用

6、更廣泛。 n兩種不同材料或材料相同而逸出功不同的 物體，當(dāng)它們構(gòu)成閉環(huán)回路時，如果兩個 接點(diǎn)的溫度不相同，環(huán)路中就產(chǎn)生溫差電 動勢，這就是溫差電效應(yīng)，也稱為塞貝克 效應(yīng)。 n單個熱電偶提供的溫差電動勢比較小，滿 足不了某些應(yīng)用的要求，所以常把幾個或 幾十個熱電偶串聯(lián)起來組成熱電堆。熱電 堆比熱電偶可以提供更大的溫差電動勢， 新型的熱電堆采用薄膜技術(shù)制成，可稱為 薄膜型熱電堆。 熱電堆 圖1-23 熱電堆示意圖 3. 氣動探測器 n氣體在體積保持一定的條件下吸收紅外輻 射后引起溫度升高，壓強(qiáng)增大。壓強(qiáng)增加 的大小與吸收的紅外輻射功率成正比，由 此，可測量被吸收的紅外輻射功率。利用 上述原理制成的

7、紅外探測器叫做氣體探測 器。高萊管就是一種典型的氣體探測器。 高萊管 工作原理： 當(dāng)輻射通過紅外窗口到吸收膜上時，膜吸收輻 射并傳給氣室的氣體，氣體溫度升高，壓力增大， 柔鏡膨脹。為了測出它的移動量，另用一光源將投 射到柔鏡背面的反射膜上。在沒有輻照時，氣室內(nèi) 氣壓穩(wěn)定，柔鏡處于正常狀態(tài)，由柔鏡背面反射的 光因被光柵遮擋照射不到光電管上。當(dāng)有輻照時， 輻射透過窗口照射到吸收膜，吸收膜將吸收的能量 傳給氣室，氣室溫度升高，氣壓增大，柔鏡膜片變 形，從而引起反射光線的移動，通過光柵到達(dá)光電 管的光強(qiáng)發(fā)生變化，由此可檢測紅外輻射的強(qiáng)弱。 4. 熱釋電探測器 n有些晶體，如硫酸三甘肽，鉭酸鋰和鈮酸鍶鋇

8、等， 當(dāng)受到紅外輻射時，溫度升高，在某一晶軸方向 上產(chǎn)生電壓。電壓大小與吸收紅外輻射的功率成 正比。 n熱釋電紅外傳感器在熱輻射能量發(fā)生改變時，會 產(chǎn)生電荷變化。這個效應(yīng)被用來探測紅外輻射的 變化。這些熱釋電傳感器應(yīng)用于人體移動探測器， 被動紅外防盜報警器，以及自動燈開關(guān)。基于同 樣的原理，熱釋電傳感器通過紅外吸收方法，應(yīng) 用于氣體探測。 熱釋電探測器的特點(diǎn) n低噪聲，高響應(yīng)度 n優(yōu)異的共模平衡-雙單元類型 nTO-39，TO-5封裝 n各種濾波器窗口供寬帶或者窄帶應(yīng)用 n單通道或者雙通道器件 n雙元或者四元器件應(yīng)用于防盜產(chǎn)品 n單元器件帶熱補(bǔ)償 典型應(yīng)用 n被動紅外防盜報警：Lhi968，對

9、強(qiáng)烈的白 光以及電磁輻射具有優(yōu)異的抗干擾性能。 n人體移動探測： n天花板安裝人體探測 n氣體分析 n非接觸紅外測量 小結(jié)： n熱探測器是一種對一切波長的輻射都具有相同響應(yīng) 的無選擇性探測器。但實際上對某些波長的紅外輻 射的響應(yīng)偏低，等能量光譜響應(yīng)曲線并不是一條水 平直線，這主要是由于熱探測器材料對不同波長的 紅外輻射的反射和吸收存在著差異。 n物體吸收輻射，晶格振動加劇，輻射能轉(zhuǎn)換成熱能， 溫度升高。由于物體溫度升高，與溫度有關(guān)的物理 性能發(fā)生變化。這種物體吸收輻射使其溫度發(fā)生變 化從而引起物體的物理、機(jī)械等性能相應(yīng)變化的現(xiàn) 象稱為熱效應(yīng)。利用熱效應(yīng)制成的探測器稱為熱探 測器。 1.1.2

10、光子探測器 n光子探測器吸收光子后，發(fā)生電子狀態(tài)的 改變，從而引起幾種電學(xué)現(xiàn)象。這些現(xiàn)象 統(tǒng)稱為光子效應(yīng)。測量光子效應(yīng)的大小可 以測定被吸收的光子數(shù)。利用光子效應(yīng)制 成的探測器稱為光子探測器。 1. 光電子發(fā)射器件（外光電效應(yīng)） n當(dāng)光入射到某些金屬、金屬氧化物或半導(dǎo)體表面 時，如果光子能量足夠大，能使其表面發(fā)射電子， 這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為光電子發(fā)射，屬于外光電效應(yīng)。 n利用光電子發(fā)射制成的器件稱為光電子發(fā)射器件。 如光電管和光電倍增管。光電倍增管的靈敏度很 高，時間常數(shù)較短（約幾個毫微秒），所以在激 光通訊中常使用特制的光電倍增管。 光電倍增管的應(yīng)用場合 n將微弱光信號轉(zhuǎn)換成電信號的真空電子器件。

11、光電管通常 用于自動控制、光度學(xué)測量和強(qiáng)度調(diào)制光的檢測。如用于 保安與警報系統(tǒng)、計數(shù)與分類裝置、影片音膜復(fù)制與還音、 彩色膠片密度測量以及色度學(xué)測量等。光電倍增管用在光 學(xué)測量儀器和光譜分析儀器中。它能在低能級光度學(xué)和光 譜學(xué)方面測量波長 2001200納米的極微弱輻射功率。閃 爍計數(shù)器的出現(xiàn)，擴(kuò)大了光電倍增管的應(yīng)用范圍。激光檢 測儀器的發(fā)展與采用光電倍增管作為有效接收器密切有關(guān)。 電視電影的發(fā)射和圖像傳送也離不開光電倍增管。光電倍 增管廣泛地應(yīng)用在冶金、電子、機(jī)械、化工、地質(zhì)、醫(yī)療、 核工業(yè)、天文和宇宙空間研究等領(lǐng)域。 圖1-26 光電倍增管原理圖 n光電管由真空管殼內(nèi)的光電陰極和陽極所構(gòu)成

12、 （圖中 a）。陽極相對陰極為正電位。光或輻射 照射陰極時，陰極發(fā)射光電子。光電子在電場的 作用下到達(dá)陽極，在電路中產(chǎn)生光電流。 光電倍增管由真空管殼內(nèi)的光電陰極、陽極 以及位于其間的若干個倍增極構(gòu)成（圖中 b）。 工作時在各電極之間加上規(guī)定的電壓。當(dāng)光或輻 射照射陰極時，陰極發(fā)射光電子，光電子在電場 的作用下逐級轟擊次級發(fā)射倍增極，在末級倍增 極形成數(shù)量為光電子的106108倍的次級電子。 眾多的次級電子最后為陽極收集，在陽極電路中 產(chǎn)生可觀的輸出電流。 2. 光電導(dǎo)探測器 n當(dāng)半導(dǎo)體吸收入射光子后，半導(dǎo)體內(nèi)有些電子和 空穴從原來不導(dǎo)電的束縛狀態(tài)轉(zhuǎn)變到能導(dǎo)電的自 由狀態(tài)，從而使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率

13、增加，這種現(xiàn)象 稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。 n利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的紅外探測器叫做 光電導(dǎo)探測器，是目前，它是種類最多應(yīng)用最廣 的一類光子探測器。 光電導(dǎo)探測器的分類 n光電導(dǎo)探測器可分為單晶型和多晶薄膜型兩類。 n多晶薄膜型光電導(dǎo)探測器的種類較少，主要的有響 應(yīng)于13微米波段的FbS、響應(yīng)于35pm波段的PbSe 和PbTe(PbTe探測器，有單晶型和多晶薄膜型兩種)。 n單晶型光電導(dǎo)探測器，早期以銻化銦(InSb)為主， 只能探測7微米以下的紅外輻射，后來發(fā)展了響應(yīng) 波長隨材料組分變化的銻鎘汞(Hg1-xCdxTe)和銻錫 鉛(Pb1-xSnxTe)三元化合物探測器，在77K溫度下對 8到14

14、微米波段的紅外輻射的探測率很高。 3. 光伏探測器 np-n結(jié)及其附近吸收光子后產(chǎn)牛電子和空穴。在 結(jié)區(qū)外，它們靠擴(kuò)散進(jìn)入結(jié)區(qū)；在結(jié)區(qū)內(nèi)，則 受結(jié)的靜電場作用電子漂移到n區(qū)，空穴漂移到 p區(qū)。n區(qū)獲得附加電子，p區(qū)獲得附加空穴，結(jié) 區(qū)獲得一附加電勢差。它與p-n結(jié)原來存在的勢 壘方向相反，這就要降低p-n結(jié)原有的勢壘高度， 使得擴(kuò)散電流增加，直到達(dá)到新的平衡為止。 如果把半導(dǎo)體兩端用導(dǎo)線連結(jié)起來，電路中就 有反向電流流過，用靈敏電流計可以測量出來； 如果p-n結(jié)兩端開路，可用高阻毫伏計測量出光 生伏特電壓。這就是p-n結(jié)的光伏效應(yīng)。利用光 伏效應(yīng)制成的紅外探測器稱為光伏探測器(簡稱 PV器件)

15、。 4. 光磁電探測器 n在樣品橫向加一磁場，當(dāng)半導(dǎo)體表面吸收光子后所 產(chǎn)生的電子和空穴隨即向體內(nèi)擴(kuò)散，在擴(kuò)散過程中 由于受橫向磁場的作用，電子和空穴分別向樣品兩 端偏移，在樣品兩端產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象叫做光 磁電效應(yīng)。利用光磁電效應(yīng)制成的探測器稱為光磁 電探測器(簡稱PEM器件)。 小結(jié)： n光電子發(fā)射屬于外光電效應(yīng)。光電導(dǎo)、光生伏特和光 磁電三種屬于內(nèi)光電效應(yīng)。光子探測器能否產(chǎn)生光子 效應(yīng)，決定于光于的能量。入射光子能量大于本征半 導(dǎo)體的禁帶寬度Eg(或雜質(zhì)半導(dǎo)體的雜質(zhì)電離能Ed或Ea) 就能激發(fā)出光生載流子。入射光子的最大波長(也就是 探測器的長波限)與半導(dǎo)體的禁帶寬度Eg有如下關(guān)系：

16、1.1.3 熱探測器與光子探測器性能比較 n光子探測器主要是測出光子的吸收速率，而熱探測器是測光子探測器主要是測出光子的吸收速率，而熱探測器是測 出能量的吸收速率，所以它們對輻射的響應(yīng)的形式是不同出能量的吸收速率，所以它們對輻射的響應(yīng)的形式是不同 的。的。 n熱探測器對各種波長的輻射都有相應(yīng)，而光子探測器只對熱探測器對各種波長的輻射都有相應(yīng)，而光子探測器只對 它長波限的一段波長區(qū)間有響應(yīng)。它長波限的一段波長區(qū)間有響應(yīng)。 n熱探測器一般在工作時不需要冷卻，而光子探測器多數(shù)需熱探測器一般在工作時不需要冷卻，而光子探測器多數(shù)需 要冷卻。要冷卻。 n熱探測器的響應(yīng)速度一般低于光子探測器，而響應(yīng)時間長熱

17、探測器的響應(yīng)速度一般低于光子探測器，而響應(yīng)時間長 于光子探測器。于光子探測器。 n熱探測器的性能與器件的尺寸、形狀、工藝細(xì)節(jié)等有很大熱探測器的性能與器件的尺寸、形狀、工藝細(xì)節(jié)等有很大 關(guān)系，因此要求有高的工藝水平，產(chǎn)品性能不容易穩(wěn)定，關(guān)系，因此要求有高的工藝水平，產(chǎn)品性能不容易穩(wěn)定， 情況有點(diǎn)類似與薄膜型光子探測器，而單晶型的光子探測情況有點(diǎn)類似與薄膜型光子探測器，而單晶型的光子探測 器，無論在單晶生長、器件制造工藝及物理機(jī)構(gòu)等方面都器，無論在單晶生長、器件制造工藝及物理機(jī)構(gòu)等方面都 比較清楚、先進(jìn)、定型，產(chǎn)品能夠規(guī)格化。比較清楚、先進(jìn)、定型，產(chǎn)品能夠規(guī)格化。 1.2 紅外探測器的性能參數(shù) 光

18、電系統(tǒng)一般都是圍繞光電探測器的光電系統(tǒng)一般都是圍繞光電探測器的性能性能 進(jìn)行設(shè)計的，而探測器的性能由進(jìn)行設(shè)計的，而探測器的性能由特定工作特定工作 條件條件下的一些參數(shù)來表征。下的一些參數(shù)來表征。 n實際參量實際參量 n參考參量參考參量 n測量條件測量條件 1.2.1 1.2.1 探測器的主要工作條件探測器的主要工作條件 光電探測器的性能參數(shù)與其工作條件密切相關(guān)，在給出性光電探測器的性能參數(shù)與其工作條件密切相關(guān)，在給出性 能參數(shù)時，能參數(shù)時，要注明有關(guān)的工作條件要注明有關(guān)的工作條件。這一點(diǎn)很重要，因為。這一點(diǎn)很重要，因為 只有這樣，光電探測器才能只有這樣，光電探測器才能互換使用互換使用。 主要工

19、作條件有：主要工作條件有： 1入射輻射的入射輻射的光譜分布光譜分布 2電路的電路的頻率范圍頻率范圍 3工作溫度工作溫度 4光敏面的形狀尺寸光敏面的形狀尺寸 5偏置情況偏置情況 6. 特殊工作條件特殊工作條件 1.入射輻射的光譜分布入射輻射的光譜分布 很多光電探測器（特別是光子探測器），其響應(yīng)很多光電探測器（特別是光子探測器），其響應(yīng) 是輻射波長的函數(shù)。僅對一定的波長范圍內(nèi)的輻是輻射波長的函數(shù)。僅對一定的波長范圍內(nèi)的輻 射有信號輸出，稱為射有信號輸出，稱為光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)，它決定了探測器，它決定了探測器 探測特定目標(biāo)的有效程度。在說明探測器的性能探測特定目標(biāo)的有效程度。在說明探測器的性能 時，一

20、般都需要給出測定性能時所用輻射源的光時，一般都需要給出測定性能時所用輻射源的光 譜分布。譜分布。 n如果輻射源是單色輻射，則需給出如果輻射源是單色輻射，則需給出輻射波長輻射波長。假。假 如輻射源是黑體，那么要指明如輻射源是黑體，那么要指明黑體的溫度黑體的溫度。 n當(dāng)輻射經(jīng)過調(diào)制時，則要說明當(dāng)輻射經(jīng)過調(diào)制時，則要說明調(diào)制頻率調(diào)制頻率。 2.電路的頻率范圍電路的頻率范圍 因噪聲限制了探測器的極限性能因噪聲限制了探測器的極限性能(后面將詳后面將詳 細(xì)討論細(xì)討論)。 n噪聲電壓或電流均噪聲電壓或電流均正比于帶寬的平方根正比于帶寬的平方根， 有些噪聲還是頻率的函數(shù)。有些噪聲還是頻率的函數(shù)。 n在描述探測

21、器的性能時，必須明確在描述探測器的性能時，必須明確通頻帶通頻帶 和帶寬和帶寬。 3.工作溫度工作溫度 n許多探測器，特別是用半導(dǎo)體材料制作的探測器，許多探測器，特別是用半導(dǎo)體材料制作的探測器， 無論是信號還是噪聲，都和工作溫度有密切關(guān)系，無論是信號還是噪聲，都和工作溫度有密切關(guān)系， 所以必須所以必須明確工作溫度明確工作溫度。 n通用的工作溫度通用的工作溫度是：是： n 室溫室溫(295K)、 n 干冰溫度干冰溫度(195K)、 n 液氮溫度液氮溫度(77K)、 n 液氫溫度液氫溫度(20.4K) n 液氦溫度液氦溫度(4.2K) 4.光敏面的形狀和尺寸光敏面的形狀和尺寸 n探測器的探測器的信號

22、信號和和噪聲噪聲都和光敏面積有關(guān)都和光敏面積有關(guān)， 大部分探測器的信噪比與大部分探測器的信噪比與光敏面積的平方光敏面積的平方 根成比例根成比例。 n參考面積一般為參考面積一般為1cm2。 5.偏置情況偏置情況 n大多數(shù)探測器需要某種形式的偏置。大多數(shù)探測器需要某種形式的偏置。 例如：光電導(dǎo)探測器和電阻測輻射熱器需要直流偏例如：光電導(dǎo)探測器和電阻測輻射熱器需要直流偏 置電源置電源 n信號和噪聲往往與偏置情況有關(guān)，因此要信號和噪聲往往與偏置情況有關(guān)，因此要說明偏說明偏 置的情況置的情況。 n此外，對于此外，對于受背景光子噪聲限制受背景光子噪聲限制的探測器，應(yīng)注的探測器，應(yīng)注 明明光學(xué)視場光學(xué)視場和

23、和背景溫度背景溫度。 n對于對于非密封型的薄膜探測器非密封型的薄膜探測器，要，要標(biāo)明濕度標(biāo)明濕度。 1.2.2 紅外探測器的性能參數(shù)紅外探測器的性能參數(shù) n1.響應(yīng)度響應(yīng)度(響應(yīng)率響應(yīng)率) n2. .探測器的探測器的響應(yīng)時間響應(yīng)時間 n3. 噪聲等效功率噪聲等效功率 n4.探測率探測率 n5. 探測器的探測器的光譜響應(yīng)光譜響應(yīng) 1.響應(yīng)度響應(yīng)度(或稱響應(yīng)率或稱響應(yīng)率)Rv或或RI 1 1）響應(yīng)率是）響應(yīng)率是描述探測器靈敏度描述探測器靈敏度的參量。它表征探測的參量。它表征探測 器器輸出輸出信號信號與與輸入輸入輻射輻射之間關(guān)系的參數(shù)。又稱為之間關(guān)系的參數(shù)。又稱為 光電探測器的光電探測器的靈敏度靈敏

24、度。 2 2）定義：光電探測器的輸出均方根電壓）定義：光電探測器的輸出均方根電壓VsVs或電流或電流 IsIs與入射到光電探測器上的平均光功率之比。與入射到光電探測器上的平均光功率之比。 R Rv vV Vs ss s R RI Iis ss s 分別稱為光電探測器的分別稱為光電探測器的電壓響應(yīng)率電壓響應(yīng)率和和電流響應(yīng)率電流響應(yīng)率。 3 3）測量響應(yīng)率的輻射源一般是）測量響應(yīng)率的輻射源一般是500K500K的黑的黑體體。 4 4）單色靈敏度單色靈敏度和和積分靈敏度積分靈敏度。 單色靈敏度單色靈敏度 1 1）如果使用波長為）如果使用波長為的單色輻射源，則稱為單色響應(yīng)率或的單色輻射源，則稱為單色響

25、應(yīng)率或 單色靈敏度單色靈敏度，又叫，又叫光譜響應(yīng)度光譜響應(yīng)度，用，用R R 表示， 表示， 2 2）定義：光電探測器的輸出電壓或輸出電流與入射到探測）定義：光電探測器的輸出電壓或輸出電流與入射到探測 器上單色輻射通量器上單色輻射通量( (光通量光通量) )之比。之比。 (V/W) (V/W) (A/W) (A/W) 式中，式中， ()()為入射的單色輻射通量或光通量。如果為入射的單色輻射通量或光通量。如果()() 為光通量，則為光通量，則R Rv v的單位為 的單位為V Vlmlm。 ( ) V Vs R ( ) s I I R 積分靈敏度積分靈敏度 n積分靈敏度積分靈敏度表示探測器對表示探測

26、器對連續(xù)輻射通量連續(xù)輻射通量的反應(yīng)程的反應(yīng)程 度。對包含有各種波長的輻射光源，總光通量為：度。對包含有各種波長的輻射光源，總光通量為： n n光電探測器輸出的電流或電壓與入射總光通量之光電探測器輸出的電流或電壓與入射總光通量之 比稱為積分靈敏度。比稱為積分靈敏度。 d)( 0 由于光電探測器輸出的光電流是由不同波長的光輻由于光電探測器輸出的光電流是由不同波長的光輻 射引起的，所以輸出光電流為：射引起的，所以輸出光電流為： 可得積分靈敏度為：可得積分靈敏度為： 式中，式中， 、 分別為光電探測器的分別為光電探測器的長波限長波限和和短波限短波限。 n由于采用不同的輻射源，甚至具有不同色溫的同由于采

27、用不同的輻射源，甚至具有不同色溫的同 一輻射源所發(fā)生的光譜通量分布也不相同，因此一輻射源所發(fā)生的光譜通量分布也不相同，因此 提供數(shù)據(jù)時提供數(shù)據(jù)時應(yīng)指明采用的輻射源及其色溫應(yīng)指明采用的輻射源及其色溫。 00 11 ( )( )( ) ss IIdRd 0 1 0 1 )( )( d dR R 0 1 2.2.探測器的響應(yīng)時間（時間常數(shù)）探測器的響應(yīng)時間（時間常數(shù)） 1 1）響應(yīng)時間是描述光電探測器對入射）響應(yīng)時間是描述光電探測器對入射 輻射輻射響應(yīng)快慢響應(yīng)快慢的一個參數(shù)。的一個參數(shù)。 2 2）當(dāng)入射輻射到光電探測器后或入射）當(dāng)入射輻射到光電探測器后或入射 輻射遮斷后，光電探測器的輻射遮斷后，光電

28、探測器的輸出上輸出上 升到穩(wěn)定值升到穩(wěn)定值或或下降到照射前的值下降到照射前的值所所 需時間稱為響應(yīng)時間。常用需時間稱為響應(yīng)時間。常用時間常時間常 數(shù)數(shù) 的大小來表示。的大小來表示。 當(dāng)用一個輻射脈沖照射光電探測器，當(dāng)用一個輻射脈沖照射光電探測器， 如果這個脈沖的上升和下降時間很如果這個脈沖的上升和下降時間很 短，如方被，則光電探測器的輸出短，如方被，則光電探測器的輸出 由于由于器件的惰性器件的惰性而有延遲，把從而有延遲，把從1010 上升到上升到9090峰值處所需的時間稱峰值處所需的時間稱 為探測器的為探測器的上升時間上升時間，而把從，而把從9090 下降到下降到1010處所需的時間稱為處所需

29、的時間稱為下降下降 時間時間。 3.噪聲等效功率噪聲等效功率(NEP) 1）定義）定義 為信號功率與噪聲功率之比為為信號功率與噪聲功率之比為1(即即SN1)時，入射時，入射 到探測器上的到探測器上的輻射通量輻射通量(單位為瓦單位為瓦)。 n一個良好的探測器件的一個良好的探測器件的NEP約為約為10-11W。NEP越小，越小， 噪聲越小，器件的性能越好。噪聲越小，器件的性能越好。 n 應(yīng)指明測量條件，如應(yīng)指明測量條件，如光譜分布光譜分布、頻率、溫度等頻率、溫度等。 2 2）作用：）作用： 確定光電探測器件的探測極限確定光電探測器件的探測極限。 NS NEP e / 3探測率探測率D與比探測率與比探測率D* n只用只用NEP無法無法比較兩個不同來源的光探器比較兩個不同來源的光探器的優(yōu)