第二章光電探測(cè)器1(1)

1、第二章第二章 光電探測(cè)器光電探測(cè)器光電探測(cè)器件光電探測(cè)器件光子器件熱電器件真空器件固體器件光電管光電倍增管真空攝像管變像管像增強(qiáng)管光敏電阻光電池光電二極管光電三極管雪崩光電管電荷耦合器件CCD熱電偶/熱電堆熱輻射計(jì)/熱敏電阻熱釋電探測(cè)器l2.1光電探測(cè)器的物理基礎(chǔ)l2.2光電探測(cè)器的特性參數(shù)l2.3光電探測(cè)器的噪聲l2.4光電探測(cè)器l2.5光電探測(cè)器的偏置與放大2.1 2.1 光電探測(cè)器的物理基礎(chǔ)光電探測(cè)器的物理基礎(chǔ) 定義：當(dāng)光輻射入射到定義：當(dāng)光輻射入射到光電材料光電材料上時(shí)，材料上時(shí)，材料發(fā)射發(fā)射電子電子，或其，或其電導(dǎo)率發(fā)生變化，電導(dǎo)率發(fā)生變化，或或產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)等等。u發(fā)射電

2、子：發(fā)射電子：外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)u電導(dǎo)率發(fā)生變化、產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)電導(dǎo)率發(fā)生變化、產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)：內(nèi)光電效應(yīng)。：內(nèi)光電效應(yīng)。一、光電效應(yīng)l內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)：光電材料光電材料受到受到光照后所產(chǎn)生的光光照后所產(chǎn)生的光電子只在材料內(nèi)部而不會(huì)逸出材料外部電子只在材料內(nèi)部而不會(huì)逸出材料外部多發(fā)生多發(fā)生在半導(dǎo)體材料。在半導(dǎo)體材料。l內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)又分為又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)l光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)：半導(dǎo)體受光照后，內(nèi)部半導(dǎo)體受光照后，內(nèi)部產(chǎn)生光生產(chǎn)生光生載流子載流子，使半導(dǎo)體中，使半導(dǎo)體中載流子數(shù)顯著增加而電阻減載流子數(shù)顯著增加而電阻減少少的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)

3、光電導(dǎo)效應(yīng)。 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)：光電導(dǎo)效應(yīng)：本征光電導(dǎo)效應(yīng)本征光電導(dǎo)效應(yīng)非本征非本征光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)0/1.24/()1.24/gggggghEEhvchc EmEhc EE本征吸收的長(zhǎng)波限光電導(dǎo)效應(yīng)：光電導(dǎo)效應(yīng)：本征光電導(dǎo)效應(yīng)本征光電導(dǎo)效應(yīng)非本征非本征光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)0/1.24/()1.24/gggggghEEhvchc EmEhc EE本征吸收的長(zhǎng)波限N型半導(dǎo)體，光子激發(fā)施主能級(jí)中的電子躍遷到導(dǎo)帶中去，電子為主要載流子型半導(dǎo)體，光子激發(fā)施主能級(jí)中的電子躍遷到導(dǎo)帶中去，電子為主要載流子P型半導(dǎo)體，光子激發(fā)價(jià)帶中的電子躍遷到受主能級(jí)，與受主能級(jí)中的空穴復(fù)合，型半導(dǎo)體，光

4、子激發(fā)價(jià)帶中的電子躍遷到受主能級(jí)，與受主能級(jí)中的空穴復(fù)合，而在價(jià)帶中留有空穴，作為主要載流子參加導(dǎo)電而在價(jià)帶中留有空穴，作為主要載流子參加導(dǎo)電 半導(dǎo)體可分為半導(dǎo)體可分為本征半導(dǎo)體、本征半導(dǎo)體、P P型半導(dǎo)體、型半導(dǎo)體、N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 本征半導(dǎo)體：硅和鍺都是半導(dǎo)體，而純硅和鍺晶體本征半導(dǎo)體：硅和鍺都是半導(dǎo)體，而純硅和鍺晶體稱本征半導(dǎo)體。硅和鍺為稱本征半導(dǎo)體。硅和鍺為4 4價(jià)元素，其晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。價(jià)元素，其晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。半導(dǎo)體類型半導(dǎo)體類型雜質(zhì)半導(dǎo)體的形成：雜質(zhì)半導(dǎo)體的形成：通過擴(kuò)散工藝，在本征半導(dǎo)體通過擴(kuò)散工藝，在本征半導(dǎo)體中摻入少量合適的雜質(zhì)元素，可得到雜質(zhì)半導(dǎo)體。中摻入少量合適的雜

5、質(zhì)元素，可得到雜質(zhì)半導(dǎo)體。 N N型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素（如磷），在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 N N型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：由于雜質(zhì)原子的最由于雜質(zhì)原子的最外層有外層有5 5個(gè)價(jià)電子，所以除了與周圍個(gè)價(jià)電子，所以除了與周圍硅原子形成共價(jià)鍵外，還多出一個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵外，還多出一個(gè)電子。在常溫下，由于熱激發(fā)，就電子。在常溫下，由于熱激發(fā)，就可使它們成為自由電子，顯負(fù)電性?？墒顾鼈兂蔀樽杂呻娮?，顯負(fù)電性。這這N N是從是從“NegativeNega

6、tive（負(fù)）（負(fù)）”中取中取的第一個(gè)字母。的第一個(gè)字母。結(jié)結(jié) 論：論： N N型半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：型半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：是靠自由電子導(dǎo)電，摻入是靠自由電子導(dǎo)電，摻入的雜質(zhì)越多，多子（自由電子）的濃度就越高，導(dǎo)電的雜質(zhì)越多，多子（自由電子）的濃度就越高，導(dǎo)電性能也就越強(qiáng)。性能也就越強(qiáng)。l 多子：多子：N N型半導(dǎo)體中，自由電子的濃度大于空穴的濃型半導(dǎo)體中，自由電子的濃度大于空穴的濃度，稱為多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱多子。度，稱為多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱多子。l 少子：少子：空穴為少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱少子?？昭樯贁?shù)載流子，簡(jiǎn)稱少子。l 施主原子：施主原子：雜質(zhì)原子可以提供電子，稱施子原子。雜質(zhì)原子可以提供電子，稱施子

7、原子。 P P型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：在純凈的在純凈的4 4價(jià)本征半導(dǎo)體（如硅晶體）中混入價(jià)本征半導(dǎo)體（如硅晶體）中混入了了3 3價(jià)原子，譬如極小量（一千萬之一）的硼合成晶體，使之價(jià)原子，譬如極小量（一千萬之一）的硼合成晶體，使之取代晶格中硅原子的位置，形成取代晶格中硅原子的位置，形成P P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。u空穴的產(chǎn)生：空穴的產(chǎn)生：由于雜質(zhì)原子的由于雜質(zhì)原子的最外層有最外層有3 3個(gè)價(jià)電子，當(dāng)它們與周個(gè)價(jià)電子，當(dāng)它們與周圍的硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，就產(chǎn)生圍的硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)了一個(gè)“空位空位”（空位電中性），（空位電中性），當(dāng)硅原子外層電子由于熱運(yùn)動(dòng)填補(bǔ)當(dāng)硅原子外層電子由于熱運(yùn)動(dòng)填補(bǔ)

8、此空位時(shí)，雜質(zhì)原子成為不可移動(dòng)此空位時(shí)，雜質(zhì)原子成為不可移動(dòng)的負(fù)離子，同時(shí)，在硅原子的共價(jià)的負(fù)離子，同時(shí)，在硅原子的共價(jià)鍵中產(chǎn)生一個(gè)鍵中產(chǎn)生一個(gè)空穴空穴 ，由于少一電，由于少一電子，所以帶正電。子，所以帶正電。P型取型取“Positve（正）（正）”一詞的第一個(gè)字母。一詞的第一個(gè)字母。P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體結(jié)論：結(jié)論：1 1、多子的濃度決定于雜質(zhì)濃度。、多子的濃度決定于雜質(zhì)濃度。原因：原因：摻入的雜質(zhì)使摻入的雜質(zhì)使多子的數(shù)目大大增加，使多子與少子復(fù)合的機(jī)會(huì)大大增多子的數(shù)目大大增加，使多子與少子復(fù)合的機(jī)會(huì)大大增多。因此，對(duì)于雜質(zhì)半導(dǎo)體，多子的濃度愈高，少子的多。因此，對(duì)于雜質(zhì)半導(dǎo)體，多子的濃度愈高，

9、少子的濃度就愈低。濃度就愈低。2 2、少子的濃度決定于溫度。、少子的濃度決定于溫度。原因：原因：少子是本征激發(fā)形少子是本征激發(fā)形成的，與溫度有關(guān)。成的，與溫度有關(guān)。多子：多子：P P型半導(dǎo)體中，多子為空穴。型半導(dǎo)體中，多子為空穴。 少子：少子：為電子。為電子。受主原子：受主原子：雜質(zhì)原子中的空位吸收電子，稱受主原子。雜質(zhì)原子中的空位吸收電子，稱受主原子。l 光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)：光照在半導(dǎo)體光照在半導(dǎo)體P-NP-N結(jié)、結(jié)、P-i-NP-i-N結(jié)、金結(jié)、金屬屬- -半導(dǎo)體接觸上時(shí)，會(huì)在半導(dǎo)體接觸上時(shí)，會(huì)在PNPN結(jié)、結(jié)、P-i-NP-i-N結(jié)、金屬結(jié)、金屬- -半導(dǎo)體接觸的兩側(cè)產(chǎn)生半導(dǎo)體接觸

10、的兩側(cè)產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)光生電動(dòng)勢(shì)。l PNPN結(jié)的光生伏特效應(yīng)：結(jié)的光生伏特效應(yīng)：當(dāng)用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射當(dāng)用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射PNPN結(jié)時(shí)，由于內(nèi)建場(chǎng)的作用（不加外電場(chǎng)），結(jié)時(shí)，由于內(nèi)建場(chǎng)的作用（不加外電場(chǎng)），光生電光生電子拉向子拉向N N區(qū)，光生空穴拉向區(qū)，光生空穴拉向P P區(qū)區(qū)，相當(dāng)于，相當(dāng)于PNPN結(jié)上加一結(jié)上加一個(gè)正電壓。個(gè)正電壓。l 半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（光生電壓）半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（光生電壓）；如將；如將PNPN結(jié)短結(jié)短路，則會(huì)出現(xiàn)電流（路，則會(huì)出現(xiàn)電流（光生電流光生電流）。）。光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng) 光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)光照光照零偏零偏PN結(jié)結(jié)產(chǎn)生開路電壓的效應(yīng)產(chǎn)生開路電壓的效

11、應(yīng)光電池光電池。光照光照反偏反偏光電信號(hào)是光電流光電信號(hào)是光電流結(jié)型光電探測(cè)器結(jié)型光電探測(cè)器的工作原理的工作原理光電二極管光電二極管。光電池 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)光電發(fā)射效應(yīng)：光電發(fā)射效應(yīng)：愛因斯坦方程：愛因斯坦方程：光電發(fā)射效應(yīng)光電發(fā)射效應(yīng) ：在光照下，物體：在光照下，物體向表面以外空間發(fā)向表面以外空間發(fā)射電子射電子(即光電子即光電子)的現(xiàn)象的現(xiàn)象多發(fā)生于多發(fā)生于金屬和金屬氧金屬和金屬氧化物，化物，光電管中的光陰極。光電管中的光陰極。截止波長(zhǎng)截止波長(zhǎng)EhEk光電發(fā)射效應(yīng)發(fā)生光電發(fā)射效應(yīng)發(fā)生波長(zhǎng)表示：波長(zhǎng)表示：)(24. 1)(eVEmc光電發(fā)射體的功函光電發(fā)射體的功函數(shù)數(shù)物理意義：如果發(fā)射體

12、內(nèi)的電子所物理意義：如果發(fā)射體內(nèi)的電子所吸收的光子能量大于發(fā)射體的吸收的光子能量大于發(fā)射體的功函數(shù)的值功函數(shù)的值，那么電子就能以相應(yīng)的速度從發(fā)射體表面逸出。，那么電子就能以相應(yīng)的速度從發(fā)射體表面逸出。光電子發(fā)射探測(cè)器光電子發(fā)射探測(cè)器真空光電管真空光電管:真空光電管由光電陰極和陽極構(gòu)成，真空光電管由光電陰極和陽極構(gòu)成，用于響應(yīng)要用于響應(yīng)要求極快的場(chǎng)合求極快的場(chǎng)合光電倍增管：光電倍增管：應(yīng)用最廣，內(nèi)部有電子倍增系統(tǒng)，因而有很高應(yīng)用最廣，內(nèi)部有電子倍增系統(tǒng)，因而有很高的電流增益，的電流增益，能檢測(cè)極微弱的光輻射信號(hào)能檢測(cè)極微弱的光輻射信號(hào)。光電子發(fā)射探測(cè)器光電子發(fā)射探測(cè)器主要是可見光探測(cè)器主要是可見

13、光探測(cè)器，因?yàn)閷?duì)紅外輻射響，因?yàn)閷?duì)紅外輻射響應(yīng)的光電陰極只有銀一氧一銫光電陰極和新發(fā)展的負(fù)電子親應(yīng)的光電陰極只有銀一氧一銫光電陰極和新發(fā)展的負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極，它們的響應(yīng)波長(zhǎng)也只擴(kuò)展到和勢(shì)光電陰極，它們的響應(yīng)波長(zhǎng)也只擴(kuò)展到125m，只適，只適用于近紅外的探測(cè)，因此在紅外系統(tǒng)中應(yīng)用不多。用于近紅外的探測(cè)，因此在紅外系統(tǒng)中應(yīng)用不多。 二、光熱效應(yīng) 光熱效應(yīng)：光熱效應(yīng)：材料受光照射，材料受光照射，光子能量與晶格相互作光子能量與晶格相互作用，振動(dòng)加劇，溫度升高，材料性質(zhì)發(fā)生變化用，振動(dòng)加劇，溫度升高，材料性質(zhì)發(fā)生變化。u熱釋電效應(yīng)：熱釋電效應(yīng)：介質(zhì)受光照射溫度升高，在晶體特定方向介質(zhì)受光照射溫度升高

14、，在晶體特定方向上由于自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化而引起表面電荷的變化。上由于自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化而引起表面電荷的變化。 光輻射強(qiáng)度變化光輻射強(qiáng)度變化晶體溫度變化晶體溫度變化自發(fā)極化強(qiáng)度變化自發(fā)極化強(qiáng)度變化 當(dāng)當(dāng)強(qiáng)度調(diào)制過強(qiáng)度調(diào)制過的光輻射投射到熱釋電晶體上時(shí)，引起自發(fā)的光輻射投射到熱釋電晶體上時(shí)，引起自發(fā)電極化強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，結(jié)果在垂直于極化方向的晶體電極化強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，結(jié)果在垂直于極化方向的晶體兩個(gè)外表面之間出現(xiàn)微小變化的信號(hào)電壓，可測(cè)定所吸收兩個(gè)外表面之間出現(xiàn)微小變化的信號(hào)電壓，可測(cè)定所吸收的光輻射功率的光輻射功率u輻射熱計(jì)效應(yīng)（電阻溫度效應(yīng)）：輻射熱計(jì)效應(yīng)（電阻溫度效應(yīng)）：入射光的照

15、射入射光的照射使材料由于使材料由于受熱而造成電阻率變化的現(xiàn)象受熱而造成電阻率變化的現(xiàn)象 當(dāng)吸收光輻射而溫度升高時(shí)，當(dāng)吸收光輻射而溫度升高時(shí)，金屬的電阻會(huì)增加，而半金屬的電阻會(huì)增加，而半導(dǎo)體材料的電阻會(huì)降低導(dǎo)體材料的電阻會(huì)降低 從材料電阻變化可測(cè)定被吸收的光輻射功率。利用材料從材料電阻變化可測(cè)定被吸收的光輻射功率。利用材料的電阻變化制成的熱探測(cè)器就是的電阻變化制成的熱探測(cè)器就是電阻測(cè)輻射熱計(jì)電阻測(cè)輻射熱計(jì) 材料的電阻與溫度的關(guān)系可用材料的材料的電阻與溫度的關(guān)系可用材料的電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)T T來表征。來表征。溫差電效應(yīng)：溫差電效應(yīng)：由兩種材料制成的結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)溫差而在由兩種材料制成的結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)溫

16、差而在兩結(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生兩結(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)，回路中產(chǎn)生電流。，回路中產(chǎn)生電流。當(dāng)兩種不同的當(dāng)兩種不同的配偶材料配偶材料(金屬或半導(dǎo)體金屬或半導(dǎo)體)兩端并聯(lián)熔接時(shí)，如果兩端并聯(lián)熔接時(shí)，如果兩個(gè)接頭的溫度不同，并聯(lián)回路中就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱為溫差電兩個(gè)接頭的溫度不同，并聯(lián)回路中就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。動(dòng)勢(shì)。特特 點(diǎn)點(diǎn)l所有熱探測(cè)器，在理論上對(duì)一切波長(zhǎng)都具有相同所有熱探測(cè)器，在理論上對(duì)一切波長(zhǎng)都具有相同的響應(yīng)，因而的響應(yīng)，因而是非選擇性探測(cè)器是非選擇性探測(cè)器。這和光子探測(cè)。這和光子探測(cè)器在光譜響應(yīng)上的主要區(qū)別。器在光譜響應(yīng)上的主要區(qū)別。l熱探測(cè)器除低溫測(cè)輻射熱器外熱探測(cè)器除低溫測(cè)輻射熱器外一般無需

17、致冷一般無需致冷。l熱探測(cè)器的熱探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間比光子探測(cè)器長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間比光子探測(cè)器長(zhǎng)，（取決于，（取決于熱探測(cè)器熱容量的大小和散熱的快慢）熱探測(cè)器熱容量的大小和散熱的快慢） 2.2 2.2 光電探測(cè)光電探測(cè)器的特性參數(shù)器的特性參數(shù)光電系統(tǒng)一般都是圍繞光電探測(cè)器的光電系統(tǒng)一般都是圍繞光電探測(cè)器的性能性能進(jìn)行設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而探測(cè)器的性能由的，而探測(cè)器的性能由特定工作條件特定工作條件下的一些參數(shù)來下的一些參數(shù)來表征。表征。l實(shí)際參量實(shí)際參量l參考參量參考參量l測(cè)量條件測(cè)量條件24一、光電探測(cè)器的工作條件一、光電探測(cè)器的工作條件光電探測(cè)器的性能參數(shù)與其工作條件密切相關(guān)，在光電探測(cè)器的性能參數(shù)與其工作

18、條件密切相關(guān)，在給出性能參數(shù)時(shí)，給出性能參數(shù)時(shí)，要注明有關(guān)的工作條件要注明有關(guān)的工作條件。因?yàn)橹挥?。因?yàn)橹挥羞@樣，光電探測(cè)器才能這樣，光電探測(cè)器才能互換使用互換使用。主要工作條件有：主要工作條件有：1 1輻射源的輻射源的光譜分布光譜分布 2 2電路的電路的通頻帶和帶寬通頻帶和帶寬3 3工作溫度工作溫度4 4光敏面尺寸光敏面尺寸5 5偏置情況偏置情況251. 1. 輻射源的光譜分布輻射源的光譜分布很多光電探測(cè)器（特別是光子探測(cè)器），其響應(yīng)是很多光電探測(cè)器（特別是光子探測(cè)器），其響應(yīng)是輻射波長(zhǎng)的函數(shù)。對(duì)一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射有信輻射波長(zhǎng)的函數(shù)。對(duì)一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射有信號(hào)輸出，稱為號(hào)輸出，稱為光

19、譜響應(yīng)光譜響應(yīng)，它決定了探測(cè)器探測(cè)特定，它決定了探測(cè)器探測(cè)特定目標(biāo)的有效程度。目標(biāo)的有效程度。l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(zhǎng)輻射波長(zhǎng)。假如。假如輻射源是黑體，那么要指明輻射源是黑體，那么要指明黑體的溫度黑體的溫度。l當(dāng)輻射經(jīng)過調(diào)制時(shí)，則要說明當(dāng)輻射經(jīng)過調(diào)制時(shí)，則要說明調(diào)制頻率調(diào)制頻率。262. 2. 電路的通頻帶和帶寬電路的通頻帶和帶寬因噪聲限制了探測(cè)器的極限性能。因噪聲限制了探測(cè)器的極限性能。l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，有些噪聲還是頻率的函數(shù)。還是頻率的函數(shù)。l描述探測(cè)器性能時(shí)，必須明確描述探測(cè)器性

20、能時(shí)，必須明確通頻帶和帶寬通頻帶和帶寬。273. 3. 工作溫度工作溫度l許多探測(cè)器，特別是半導(dǎo)體材料的探測(cè)器，無論許多探測(cè)器，特別是半導(dǎo)體材料的探測(cè)器，無論是信號(hào)還是噪聲，都和工作溫度有密切關(guān)系，必是信號(hào)還是噪聲，都和工作溫度有密切關(guān)系，必須須明確工作溫度明確工作溫度。l通用的工作溫度通用的工作溫度是：是： 室溫室溫(295K)(295K) 干冰溫度干冰溫度(195K)(195K) 液氮溫度液氮溫度(77K)(77K) 液氫溫度液氫溫度(20.4K)(20.4K) 液氦溫度液氦溫度(4.2K) (4.2K) 284.光敏面尺寸l探測(cè)器的探測(cè)器的信號(hào)信號(hào)和和噪聲噪聲都和光敏面積有關(guān)，大部分都和

21、光敏面積有關(guān)，大部分探測(cè)器的信噪比與探測(cè)器的信噪比與光敏面積的平方根成比例光敏面積的平方根成比例l參考面積一般為參考面積一般為1cm1cm2 2。295.偏置情況l大多數(shù)探測(cè)器需要某種形式的偏置大多數(shù)探測(cè)器需要某種形式的偏置例如：光電導(dǎo)探測(cè)器和電阻測(cè)輻射熱器需要直流偏例如：光電導(dǎo)探測(cè)器和電阻測(cè)輻射熱器需要直流偏置電源置電源l信號(hào)和噪聲往往與偏置情況有關(guān)，因此要信號(hào)和噪聲往往與偏置情況有關(guān)，因此要說明偏置說明偏置的情況的情況。30二、特性參數(shù)二、特性參數(shù) n1.1.響應(yīng)度響應(yīng)度n2.2.量子效率量子效率n3.3.噪聲等效功率噪聲等效功率n4.4.探測(cè)率探測(cè)率D D和比探測(cè)率和比探測(cè)率D Dn5.

22、5.光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)n6.6.響應(yīng)速度響應(yīng)速度311. 響應(yīng)度Rv或RI 響應(yīng)度是描述探測(cè)器靈敏度的參量。它表征探測(cè)器輸出信號(hào)與輸入光信號(hào)間關(guān)系的參數(shù)，又稱為光電探測(cè)器的靈敏度。設(shè)光電探測(cè)器輸出電壓為設(shè)光電探測(cè)器輸出電壓為Vs或電流為或電流為Is，入射到光電，入射到光電探測(cè)器上的光功率探測(cè)器上的光功率PRvVsP RIisP 分別稱為光電探測(cè)器的電壓響應(yīng)度和電流響應(yīng)度。單色靈敏度和積分靈敏度32單色靈敏度單色靈敏度使用波長(zhǎng)為使用波長(zhǎng)為的單色輻射源，則稱為的單色輻射源，則稱為單色靈敏度單色靈敏度，又叫，又叫光譜光譜響應(yīng)度響應(yīng)度，用，用R R表示，表示，定義：光電探測(cè)器的輸出電壓或輸出電流與入射到

23、探測(cè)器上定義：光電探測(cè)器的輸出電壓或輸出電流與入射到探測(cè)器上單色輻射通量單色輻射通量( (光通量光通量) )之比。之比。 (V/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()為為光通量，則光通量，則Rv的單位為的單位為Vlm。 33()VV sR()sIIR積分靈敏度積分靈敏度l積分靈敏度積分靈敏度表示探測(cè)器對(duì)各種波長(zhǎng)輻射光表示探測(cè)器對(duì)各種波長(zhǎng)輻射光連續(xù)輻射連續(xù)輻射通量通量的反應(yīng)程度。對(duì)包含有各種波長(zhǎng)的輻射光源，的反應(yīng)程度。對(duì)包含有各種波長(zhǎng)的輻射光源，總光通量為：總光通量為： l光電探測(cè)器輸出的光電探測(cè)器輸出的電流或電壓與入射總光通

24、量之比電流或電壓與入射總光通量之比稱為積分靈敏度稱為積分靈敏度。34d)(0由于光電探測(cè)器輸出的光電流是由不同波長(zhǎng)的光輻由于光電探測(cè)器輸出的光電流是由不同波長(zhǎng)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： 得到積分靈敏度為：得到積分靈敏度為： 式中，式中， 、 分別為光電探測(cè)器分別為光電探測(cè)器長(zhǎng)波限長(zhǎng)波限和和短波限。短波限。350011( )( )( )ssIIdRd 0101)()(ddRR012.2.量子效率量子效率（）量子效率是評(píng)價(jià)光電器件性能的一個(gè)重要參數(shù)，它是在量子效率是評(píng)價(jià)光電器件性能的一個(gè)重要參數(shù)，它是在某一特定波長(zhǎng)某一特定波長(zhǎng)上上每秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)每秒鐘內(nèi)產(chǎn)

25、生的光電子數(shù)與與入射光量子入射光量子數(shù)之比數(shù)之比。l單個(gè)光量子的能量為單個(gè)光量子的能量為 l單位波長(zhǎng)的輻射通量為單位波長(zhǎng)的輻射通量為l波長(zhǎng)增量波長(zhǎng)增量 內(nèi)的輻射通量為內(nèi)的輻射通量為 l在此窄帶內(nèi)的輻射通量，換算成量子流速率在此窄帶內(nèi)的輻射通量，換算成量子流速率N N為為: :量子流速率量子流速率N N即為每秒入射的光量子數(shù)即為每秒入射的光量子數(shù)。36hcheddehcdhdNeel若若I IS S為信號(hào)電流，為信號(hào)電流，e e為電子電荷，為電子電荷，l每秒產(chǎn)生的光電子數(shù)為：每秒產(chǎn)生的光電子數(shù)為：l量子效率為：量子效率為：討論討論l 入射入射一個(gè)光量子就能發(fā)射一個(gè)電子或產(chǎn)生一一個(gè)光量子就能發(fā)射一

26、個(gè)電子或產(chǎn)生一對(duì)電子對(duì)電子空穴對(duì)空穴對(duì)；l實(shí)際上，實(shí)際上， 。l對(duì)于對(duì)于有增益的光電探測(cè)器有增益的光電探測(cè)器( (如光電倍增管等如光電倍增管等) )，會(huì)遠(yuǎn)，會(huì)遠(yuǎn)大于大于1 1，此時(shí)一般使用，此時(shí)一般使用增益增益或或放大倍數(shù)放大倍數(shù)這個(gè)參數(shù)。這個(gè)參數(shù)。37SeIRdee/( )SIeR hcNe ( ) 1 ( ) 1 l從響應(yīng)度來看，好象只要有光輻射存在，不管它的從響應(yīng)度來看，好象只要有光輻射存在，不管它的功率如何小，都可探測(cè)出來。功率如何小，都可探測(cè)出來。l當(dāng)當(dāng)入射功率很低入射功率很低時(shí)，輸出只是雜亂無章的信號(hào)，無時(shí)，輸出只是雜亂無章的信號(hào)，無法肯定是否有輻射入射在探測(cè)器上。這它法肯定是否有

27、輻射入射在探測(cè)器上。這它固有的固有的“噪噪聲聲”引起的。引起的。l隨時(shí)間起伏的隨時(shí)間起伏的電壓電壓( (流流) )按時(shí)間取平均值，則按時(shí)間取平均值，則平均值等平均值等于零于零。但其。但其均方根不等于零均方根不等于零，這個(gè)均方根電壓，這個(gè)均方根電壓( (流流) )稱稱為為探測(cè)器的噪聲電壓探測(cè)器的噪聲電壓( (流流) )。 383.3.噪聲等效功率噪聲等效功率(NEP)(NEP)（最小可探測(cè)功率（最小可探測(cè)功率P Pminmin）信噪比信噪比(S(SN)N)1 1）作用：判定噪聲大小。）作用：判定噪聲大小。2 2）表示：在負(fù)載電阻）表示：在負(fù)載電阻R RL L上產(chǎn)生的上產(chǎn)生的信號(hào)功率與噪聲功率之比

28、信號(hào)功率與噪聲功率之比：分貝分貝(dB)(dB)表示：表示：3 3）注意）注意l利用利用SN評(píng)價(jià)兩種光電探測(cè)器性能時(shí)，評(píng)價(jià)兩種光電探測(cè)器性能時(shí)，必須在信號(hào)輻射功率必須在信號(hào)輻射功率相同的情況下相同的情況下才能比較。才能比較。l對(duì)單個(gè)光電探測(cè)器，其對(duì)單個(gè)光電探測(cè)器，其S/N的大小與入射信號(hào)輻射功率及接收的大小與入射信號(hào)輻射功率及接收面積有關(guān)面積有關(guān)。如果入射輻射強(qiáng)，接收面積大，。如果入射輻射強(qiáng)，接收面積大，S/N就大，但性能就大，但性能不一定就好。因此用不一定就好。因此用S/N評(píng)價(jià)器件有一定的評(píng)價(jià)器件有一定的局限性局限性。 392222NsLNLsNsIIRIRIPPNSNSNSdBIIIINS

29、lg20lg10)(22噪聲等效功率噪聲等效功率(NEP)(NEP)定義：信號(hào)功率與噪聲功率之比為定義：信號(hào)功率與噪聲功率之比為1(即即SN1)時(shí)，時(shí)，入射到探測(cè)器上的入射到探測(cè)器上的輻射通量輻射通量(單位為瓦單位為瓦)：l一個(gè)良好的探測(cè)器件的一個(gè)良好的探測(cè)器件的NEPNEP約為約為1010-11-11W W。NEPNEP越小，噪越小，噪聲越小，器件的性能越好聲越小，器件的性能越好l 應(yīng)指明測(cè)量條件，如應(yīng)指明測(cè)量條件，如光譜分布光譜分布、頻率、溫度等。頻率、溫度等。40NSNEPe/4 4探測(cè)率探測(cè)率D D與比探測(cè)率與比探測(cè)率D D* *lNEPNEP愈小，探測(cè)性能愈好，但只用愈小，探測(cè)性能愈

30、好，但只用NEPNEP無法無法比較兩個(gè)不比較兩個(gè)不同來源的光探測(cè)器同來源的光探測(cè)器的優(yōu)劣。的優(yōu)劣。l兩個(gè)新性能參數(shù)：兩個(gè)新性能參數(shù)：探測(cè)率探測(cè)率D D和比探測(cè)率和比探測(cè)率D D* *探測(cè)率探測(cè)率D D定義為定義為NEPNEP的倒數(shù)：的倒數(shù)：l它描述的是：它描述的是：光電探測(cè)器在它的噪聲電平之上產(chǎn)生一光電探測(cè)器在它的噪聲電平之上產(chǎn)生一個(gè)可觀測(cè)電信號(hào)的本領(lǐng)個(gè)可觀測(cè)電信號(hào)的本領(lǐng)，即光電探測(cè)器能響應(yīng)的入射光，即光電探測(cè)器能響應(yīng)的入射光功率越小，則其探測(cè)率越高。功率越小，則其探測(cè)率越高。l探測(cè)率探測(cè)率D D與與光敏面積光敏面積A Ad d、測(cè)量帶寬測(cè)量帶寬有關(guān)。有關(guān)。41/1NVs VDNEP2 2）比

31、探測(cè)率比探測(cè)率D D* *l探測(cè)器的噪聲電壓與探測(cè)器的光敏面積的平方根成探測(cè)器的噪聲電壓與探測(cè)器的光敏面積的平方根成正比，與測(cè)量帶寬的平方根成正比正比，與測(cè)量帶寬的平方根成正比。l為了能方便地對(duì)不同來源的光電探測(cè)器進(jìn)行比較，為了能方便地對(duì)不同來源的光電探測(cè)器進(jìn)行比較，將將V Vn n除以除以 ，則，則D D就與就與A Ad d和帶寬無關(guān)了，也就和帶寬無關(guān)了，也就是歸一化到是歸一化到測(cè)量帶寬為測(cè)量帶寬為1Hz1Hz、光探測(cè)器、光探測(cè)器光敏面積為光敏面積為1cm1cm2 2。這種歸一化的探測(cè)率一般稱為比探測(cè)率，通常。這種歸一化的探測(cè)率一般稱為比探測(cè)率，通常用用D D* *表示表示: : 42fAd

32、)(121WHzcm/*SNdVVDAf5.5.光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)n定義：定義：不同波長(zhǎng)的光輻射照射到探測(cè)器光敏面時(shí)，探測(cè)器的不同波長(zhǎng)的光輻射照射到探測(cè)器光敏面時(shí)，探測(cè)器的響應(yīng)率響應(yīng)率和和比探測(cè)率比探測(cè)率等特性參量等特性參量隨隨光輻射波長(zhǎng)光輻射波長(zhǎng)變化變化。n單色靈敏度（響應(yīng)率）和單色探測(cè)率單色靈敏度（響應(yīng)率）和單色探測(cè)率峰值波長(zhǎng)。峰值波長(zhǎng)。n光子探測(cè)器光子探測(cè)器的光譜響應(yīng)與波長(zhǎng)有關(guān)的光譜響應(yīng)與波長(zhǎng)有關(guān)截止波長(zhǎng)。截止波長(zhǎng)。n熱探測(cè)器熱探測(cè)器光譜響應(yīng)與光譜響應(yīng)與波長(zhǎng)無關(guān)波長(zhǎng)無關(guān)，與輻射功率有關(guān)。，與輻射功率有關(guān)。43 6 6. .響應(yīng)速度響應(yīng)速度 n響應(yīng)時(shí)間是描述光電探測(cè)器對(duì)入射響應(yīng)時(shí)間是描述光電

33、探測(cè)器對(duì)入射輻射輻射響應(yīng)快慢響應(yīng)快慢的一個(gè)參數(shù)。的一個(gè)參數(shù)。n光電探測(cè)器光電探測(cè)器輸出上升到穩(wěn)定值輸出上升到穩(wěn)定值或或下下降到照射前的值降到照射前的值所需時(shí)間稱為響應(yīng)所需時(shí)間稱為響應(yīng)時(shí)間，用時(shí)間，用時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) 來表示。來表示。 把從把從1010上升到上升到9090峰值峰值處所需的處所需的時(shí)間稱為探測(cè)器的時(shí)間稱為探測(cè)器的上升時(shí)間上升時(shí)間，而把，而把從從9090下降到下降到1010處所需的時(shí)間稱處所需的時(shí)間稱為為下降時(shí)間下降時(shí)間。 44頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)l入射光輻射的頻率對(duì)光電探測(cè)器的響應(yīng)將會(huì)有較大的影響。入射光輻射的頻率對(duì)光電探測(cè)器的響應(yīng)將會(huì)有較大的影響。光電探測(cè)器的響應(yīng)隨入射輻射的調(diào)制頻率

34、而變化的特性稱為光電探測(cè)器的響應(yīng)隨入射輻射的調(diào)制頻率而變化的特性稱為頻頻率響應(yīng)率響應(yīng)。對(duì)光子探測(cè)器，其頻率響應(yīng)特性相當(dāng)于低通濾波器，。對(duì)光子探測(cè)器，其頻率響應(yīng)特性相當(dāng)于低通濾波器，探測(cè)器響應(yīng)率：探測(cè)器響應(yīng)率：45l 為頻率是為頻率是 時(shí)的響應(yīng)度；時(shí)的響應(yīng)度；lR0為頻率是零時(shí)的響應(yīng)度；為頻率是零時(shí)的響應(yīng)度；l為探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間。為探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間。l當(dāng)當(dāng) 時(shí)，可得放大器時(shí)，可得放大器的的上限截止頻率上限截止頻率 l時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)決定了光電探測(cè)器頻決定了光電探測(cè)器頻率響應(yīng)的帶寬。率響應(yīng)的帶寬。2120)2(1)(fRfR)( fRf707.021)(0RfR12f上例：已知某探測(cè)器的面積為例：已知

35、某探測(cè)器的面積為3 34cm4cm2 2，D D* *=10=101111cmHzcmHz1/21/2w w-1-1，光電儀器的帶寬為，光電儀器的帶寬為300Hz300Hz，該儀器所能探測(cè)的光輻射，該儀器所能探測(cè)的光輻射的的最小輻射功率最小輻射功率？解：由解：由D D* *的定義：的定義：當(dāng)當(dāng)Vs/VVs/VN N=1=1時(shí)，得到最小探測(cè)功率，時(shí)，得到最小探測(cè)功率，所以：所以： 其中：其中：A Ad d=3=34cm4cm2 2，D D* *=10=101111cmHzcmHz1/21/2w w-1-1，=300Hz=300Hz代入，得該儀器所能探測(cè)的光輻射的最小輻射功率代入，得該儀器所能探測(cè)

36、的光輻射的最小輻射功率minmin=6=61010-10-10W W46/*SNdVVDAfmin1*dDAf2.3 光電探測(cè)器的噪聲光電探測(cè)器的噪聲噪聲問題噪聲問題光電探測(cè)系統(tǒng)是光信號(hào)變換、傳輸及處理的系統(tǒng)。系光電探測(cè)系統(tǒng)是光信號(hào)變換、傳輸及處理的系統(tǒng)。系統(tǒng)在工作時(shí)，總會(huì)受到一些無用信號(hào)的干擾，這些非統(tǒng)在工作時(shí)，總會(huì)受到一些無用信號(hào)的干擾，這些非信號(hào)的成分統(tǒng)稱為信號(hào)的成分統(tǒng)稱為噪聲噪聲。例如例如 1 1）光電變換）光電變換器件器件中光電子隨機(jī)起伏的干擾；中光電子隨機(jī)起伏的干擾； 2 2）輻射光場(chǎng)在傳輸過程中受到）輻射光場(chǎng)在傳輸過程中受到通道通道的影響的影響 3 3）背景光背景光的干擾；的干擾

37、； 4 4）放大器放大器引入的噪聲干擾等。引入的噪聲干擾等。47一、光電系統(tǒng)中的噪聲一、光電系統(tǒng)中的噪聲任何疊加在信號(hào)上的不希望的隨機(jī)擾動(dòng)或干擾統(tǒng)任何疊加在信號(hào)上的不希望的隨機(jī)擾動(dòng)或干擾統(tǒng)稱為噪聲。這些干擾及擾動(dòng)主要來自兩方面：稱為噪聲。這些干擾及擾動(dòng)主要來自兩方面：n被研究系統(tǒng)的被研究系統(tǒng)的外部外部n被研究系統(tǒng)被研究系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?nèi)部48探測(cè)器探測(cè)器噪噪 聲聲光子噪聲光子噪聲電路噪聲電路噪聲n 噪聲影響對(duì)信號(hào)特別是噪聲影響對(duì)信號(hào)特別是微弱信號(hào)微弱信號(hào)的正確探測(cè)。的正確探測(cè)。n一個(gè)光電探測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)光電探測(cè)系統(tǒng)的極限探測(cè)能力極限探測(cè)能力往往由探測(cè)系統(tǒng)往往由探測(cè)系統(tǒng)的噪聲所限制。的噪聲所限制。 所以在

38、光電檢測(cè)系統(tǒng)中，如何減小和消除噪聲是十所以在光電檢測(cè)系統(tǒng)中，如何減小和消除噪聲是十分重要的問題。分重要的問題。 49噪聲的度量噪聲的度量n噪聲是一種噪聲是一種隨機(jī)信號(hào)隨機(jī)信號(hào)，它實(shí)質(zhì)上就是物理量圍繞其平均值的漲，它實(shí)質(zhì)上就是物理量圍繞其平均值的漲落現(xiàn)象。任何一個(gè)宏觀測(cè)量的物理量都是微觀過程的落現(xiàn)象。任何一個(gè)宏觀測(cè)量的物理量都是微觀過程的統(tǒng)計(jì)平均統(tǒng)計(jì)平均值值。研究噪聲一般采用。研究噪聲一般采用長(zhǎng)周期測(cè)定其均方值長(zhǎng)周期測(cè)定其均方值( (即噪聲功率即噪聲功率) )的方的方法，在數(shù)學(xué)上即用隨機(jī)量的起伏方差來計(jì)算。法，在數(shù)學(xué)上即用隨機(jī)量的起伏方差來計(jì)算。l對(duì)于對(duì)于平穩(wěn)隨機(jī)過程平穩(wěn)隨機(jī)過程，采用先計(jì)算噪聲

39、電壓，采用先計(jì)算噪聲電壓( (電流電流) )的平方值，然的平方值，然后將其對(duì)時(shí)間作平均，來求噪聲電壓后將其對(duì)時(shí)間作平均，來求噪聲電壓( (電流電流) )的均方值，即：的均方值，即： 上式表示噪聲電壓上式表示噪聲電壓( (電流電流) )消耗在消耗在11電阻電阻上的平均功率通稱為噪上的平均功率通稱為噪聲功率。聲功率。5022)(tuUnn22)(tiinn三、光電探測(cè)器噪聲三、光電探測(cè)器噪聲在光電探測(cè)器中在光電探測(cè)器中固有噪聲固有噪聲主要有：主要有：n熱噪聲熱噪聲n散粒噪聲散粒噪聲n產(chǎn)生復(fù)合噪聲產(chǎn)生復(fù)合噪聲(g(gr r噪聲噪聲) )n溫度噪聲溫度噪聲n 噪聲。噪聲。 51f11.1.熱噪聲熱噪聲

40、1 1）產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因l熱噪聲是由耗散元件中電荷載流子的隨機(jī)熱運(yùn)熱噪聲是由耗散元件中電荷載流子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)引起的。任何一個(gè)處于動(dòng)引起的。任何一個(gè)處于熱平衡條件熱平衡條件下的電阻，下的電阻，即使沒有外加電壓，也都有一定量的噪聲。即使沒有外加電壓，也都有一定量的噪聲。lABAB兩極間的電阻為兩極間的電阻為R R，在絕對(duì)溫度，在絕對(duì)溫度T T時(shí)，體內(nèi)的時(shí)，體內(nèi)的電子處于不斷的熱運(yùn)動(dòng)中，是一團(tuán)毫無秩序可言電子處于不斷的熱運(yùn)動(dòng)中，是一團(tuán)毫無秩序可言的電子運(yùn)動(dòng)。的電子運(yùn)動(dòng)。52ABS2 2）度量度量n這一電壓漲落直到這一電壓漲落直到19281928年才為瓊斯年才為瓊斯(Johnson)(Johnson)

41、的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。同時(shí)奈奎斯持所證實(shí)。同時(shí)奈奎斯持(Nyquist)(Nyquist)推導(dǎo)出推導(dǎo)出熱噪聲功率熱噪聲功率為：為：式中式中k為玻爾茲曼常量，為玻爾茲曼常量， 為測(cè)量帶寬。為測(cè)量帶寬。n如用如用噪聲電流噪聲電流表示則為表示則為53fRkTUnJ 42fRfkTinJ42n通常也用通常也用熱噪聲電流熱噪聲電流( (電壓電壓) )均方根均方根值來進(jìn)行計(jì)值來進(jìn)行計(jì)算：算：n熱噪聲屬于熱噪聲屬于白噪聲頻譜白噪聲頻譜，一般說來，一般說來，高端極限高端極限頻率頻率為：為： fH015kT1013Hz在室溫下在室溫下(T290k)， fH61012Hz，一般電子一般電子學(xué)系統(tǒng)工作頻率遠(yuǎn)低于該值，

42、故熱噪聲為白噪聲學(xué)系統(tǒng)工作頻率遠(yuǎn)低于該值，故熱噪聲為白噪聲頻譜。頻譜。 542/124RfkTinJ2/ 124fRkTUnJn例如：室溫條件下例如：室溫條件下R R1k1k的電阻，在的電阻，在 1Hz1Hz帶寬帶寬內(nèi)的均方根熱噪聲電壓值約為內(nèi)的均方根熱噪聲電壓值約為4nV4nV；n若工作帶寬為若工作帶寬為500kHz500kHz的系統(tǒng)，放大器增益為的系統(tǒng)，放大器增益為10104 4，則在，則在放大器輸出端的熱噪聲均方根電壓約放大器輸出端的熱噪聲均方根電壓約28mV28mV。n在在微弱信號(hào)探測(cè)微弱信號(hào)探測(cè)中，是一個(gè)不可忽視的量。中，是一個(gè)不可忽視的量。？如何減小熱噪聲如何減小熱噪聲光電探測(cè)系統(tǒng)

43、的一個(gè)重要問題光電探測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要問題1 1）熱噪聲功率與探測(cè)器工作溫度）熱噪聲功率與探測(cè)器工作溫度T T的有關(guān)的有關(guān)制冷制冷。特。特別是對(duì)一些紅外探測(cè)器，為了降低噪聲，往往將探測(cè)器別是對(duì)一些紅外探測(cè)器，為了降低噪聲，往往將探測(cè)器放置于液氦（放置于液氦（4K4K）、液氮（）、液氮（77K77K）的深冷狀態(tài)。）的深冷狀態(tài)。2 2）在滿足信號(hào)不失真的條件下，盡量）在滿足信號(hào)不失真的條件下，盡量縮短工作頻帶縮短工作頻帶。 55f2 2散粒噪聲散粒噪聲1 1）產(chǎn)生原因）產(chǎn)生原因探測(cè)器的散粒噪聲是由于探測(cè)器在光輻射作用或熱激探測(cè)器的散粒噪聲是由于探測(cè)器在光輻射作用或熱激發(fā)下，發(fā)下，光電子或光生載流子的

44、隨機(jī)產(chǎn)生光電子或光生載流子的隨機(jī)產(chǎn)生所造成的。由所造成的。由于隨機(jī)起伏是一個(gè)一個(gè)的帶電粒子或電子引起的，所于隨機(jī)起伏是一個(gè)一個(gè)的帶電粒子或電子引起的，所以稱為散粒噪聲。以稱為散粒噪聲。存在于存在于光電子發(fā)射器件光電子發(fā)射器件、光生伏特器件光生伏特器件。562 2）度量度量以電子管為例，電子管陰極任一短時(shí)間內(nèi)發(fā)射出來的電子絕不以電子管為例，電子管陰極任一短時(shí)間內(nèi)發(fā)射出來的電子絕不會(huì)總是等于平均數(shù)，而是圍繞這一平均數(shù)有一漲落。從漲落的會(huì)總是等于平均數(shù)，而是圍繞這一平均數(shù)有一漲落。從漲落的均方偏差可求出散粒噪聲功率為：均方偏差可求出散粒噪聲功率為：式中式中e e為電子電荷，為電子電荷， 為探測(cè)器工作

45、帶寬。為探測(cè)器工作帶寬。l在無光照時(shí)的暗電流噪聲功率為：在無光照時(shí)的暗電流噪聲功率為：l對(duì)于由光場(chǎng)作用的光輻射散粒噪聲：對(duì)于由光場(chǎng)作用的光輻射散粒噪聲：式中式中I IP P為光輻射場(chǎng)作用于探測(cè)器產(chǎn)生的平均光電流。為光輻射場(chǎng)作用于探測(cè)器產(chǎn)生的平均光電流。3 3）特性特性l散粒噪聲也是散粒噪聲也是白噪聲白噪聲，與頻率無關(guān)與頻率無關(guān)，l熱噪聲起源于熱噪聲起源于熱平衡條件下電子的粒子性熱平衡條件下電子的粒子性，因而依賴于，因而依賴于kTkT，而，而散粒噪聲散粒噪聲直接起源于電子的粒子性直接起源于電子的粒子性，因而與，因而與e e直接有關(guān)。直接有關(guān)。57fIein22ffeIidnd 22feIipnp 223 3產(chǎn)生產(chǎn)生復(fù)合噪聲復(fù)合噪聲1 1）產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 n半導(dǎo)體中由于載流子半導(dǎo)體中