第四章. 光電探測(cè)器概述

1、發(fā)展簡(jiǎn)況與分類光電探測(cè)器性能參數(shù)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性光電探測(cè)器的噪聲發(fā)展簡(jiǎn)述（一）p 熱探測(cè)器：最早出現(xiàn)p 1826 ： 熱電偶p 1880 ：金屬薄膜測(cè)輻射計(jì)p 1946 ：金屬氧化物熱敏電阻測(cè)輻射熱計(jì)。p 特點(diǎn)： 探測(cè)率低， 時(shí)間常數(shù)大發(fā)展簡(jiǎn)述（二）p 光子探測(cè)器：發(fā)展較早，技術(shù)最成熟p 特點(diǎn) ：應(yīng)用廣泛，波長(zhǎng)范圍從紫外到紅外。p 種類：光電倍增管，光電二極管，鉛錫、V族化合物、鍺摻雜三元合金等。發(fā)展簡(jiǎn)述（三）p 從單個(gè)探測(cè)器向陣列（線陣和面陣）光輻射探測(cè)器發(fā)展；p 集成化方向的發(fā)展：把光電探測(cè)器，場(chǎng)效應(yīng)管（FET）置于一個(gè)基片上，如PIN，體積小，性能好，成本低，穩(wěn)定性高；p 電荷耦合器件（C

2、CD）探測(cè)器分類（一）p 光子探測(cè)器材料：半導(dǎo)體效應(yīng)：入射光子和材料電子發(fā)生各種相互作用的光電子效應(yīng)u外光電效應(yīng)：光電子發(fā)射效應(yīng)u內(nèi)光電效應(yīng)：光電導(dǎo)效應(yīng)，光生伏特效應(yīng)，光電磁效應(yīng) 一、光電子發(fā)射探測(cè)器p產(chǎn)生條件：當(dāng)入射光子能量 陰極材料的逸出功時(shí);p 典型器件：真空光電管，充氣光電管，光電倍增管(可檢測(cè)極微弱光輻射信號(hào));p 特點(diǎn)：主要探測(cè)可見(jiàn)光，個(gè)別可擴(kuò)展到1.25 m,近紅外。紅外系統(tǒng)中應(yīng)用不多。/hc二、光電導(dǎo)探測(cè)器p產(chǎn)生條件：本征光電導(dǎo)，入射光子能量 本征半導(dǎo)體禁帶寬度Eg；p光敏電阻：硫化鎘 CdS，硒化鎘CdSe，用于可見(jiàn)光范圍；p紅外光電導(dǎo)探測(cè)器：鉛鹽薄膜類，PbS、PbSe、P

3、bTe等，可以工作在三個(gè)大氣窗口（13 m，35 m，814 m）。h三、光伏特探測(cè)器p產(chǎn)生條件：本征光伏效應(yīng)為主，半導(dǎo)體受 光照后產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)；p種類：p結(jié)型光伏特探測(cè)器；pPIN結(jié)光電二極管；p雪崩光電二極管；p肖特基勢(shì)壘光電二極管。h光子探測(cè)器的特點(diǎn)p波長(zhǎng)選擇性探測(cè)器p 探測(cè)器的響應(yīng)率和波長(zhǎng)成正比0Eo()h能量長(zhǎng)波限越短，光子數(shù)越少一定時(shí)，Po,探測(cè)器分類（二）p 光熱探測(cè)器光熱效應(yīng)：材料吸收光輻射能量后溫度升高，可產(chǎn)生材料的某些物理性質(zhì)變化；特點(diǎn)：光熱效應(yīng)和波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。一、測(cè)輻射溫差熱電偶和熱電堆p溫差電效應(yīng)：當(dāng)由兩種不同材料制成的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)溫差時(shí)，在該兩點(diǎn)間就有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，通過(guò)這兩點(diǎn)

4、的閉合回路中就有電流流過(guò)。p溫差電效應(yīng)包括：塞貝克效應(yīng)；珀耳帕效應(yīng)；湯姆遜效應(yīng)。二、電阻測(cè)輻射熱器p當(dāng)吸收光輻射而溫度升高時(shí)，金屬的電阻會(huì)增加，而半導(dǎo)體材料電阻會(huì)降低。利用材料的電阻變化 制成的熱探測(cè)器。p電阻溫度系數(shù)：和材料的種類和溫度有關(guān)；描述R時(shí)溫度變化靈敏度的基本參數(shù)；金屬R=BT(B是比例系數(shù))1TdRR dT三、熱釋電探測(cè)器p由熱釋電晶體制成。所謂熱釋電晶體，是指它們具有自發(fā)電極化的特性，其自發(fā)電極化強(qiáng)度隨溫度升高而下降。p特點(diǎn)：T升高，自發(fā)極化強(qiáng)度下降；T=TC，自發(fā)極化強(qiáng)度=0極化晶體發(fā)生相變或退極化。 TC叫居里溫度，晶體不同， TC也不同熱探測(cè)器的特點(diǎn)p對(duì)一切波長(zhǎng)都具有相同

5、的響應(yīng)，是非選擇性探測(cè)器；p工作時(shí)一般無(wú)需致冷（低溫測(cè)輻射探測(cè)器除外）；p響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，大小取決于熱電探測(cè)器熱容量的大小和散熱的快慢。光電探測(cè)器的性能參數(shù)工作條件：輻射源光譜分布 電路的通頻帶和帶寬工作溫度光敏面尺寸偏置情況一、有關(guān)響應(yīng)方面的性能參數(shù)響應(yīng)率（響應(yīng)度）RV或RI，描述探測(cè)器靈敏度的參量，它表征探測(cè)器輸出信號(hào)與輸入輻射之間關(guān)系的參數(shù)。討論：測(cè)量響應(yīng)率的輻射源一般是500K的黑體；如果使用波長(zhǎng)單色輻射源，則稱為單色響應(yīng)率；可見(jiàn)光波段稱為光電探測(cè)器的靈敏度一、有關(guān)響應(yīng)方面的性能參數(shù)單色靈敏度積分響應(yīng)度SvSIVR(V / W )()IR(A / W )()0100110SS0R dR(

6、)dR= : ( )dII ( )dR( )d 其中一、有關(guān)響應(yīng)方面的性能參數(shù)響應(yīng)時(shí)間：當(dāng)入射輻射到光電探測(cè)器后或入射輻射遮斷后，光電探測(cè)器的輸入上升到穩(wěn)定值或下降到照射前值所需要的時(shí)間。頻率響應(yīng)：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率響應(yīng)。表征：同時(shí)間常數(shù)，它決定了光電探測(cè)器頻率響應(yīng)的帶寬RC二、有關(guān)噪聲方面的參數(shù)探測(cè)器具有固有噪聲，這些噪聲的時(shí)間平均值為零，但其均方根不為零，這個(gè)均方根電壓（電流）稱為探測(cè)器的噪聲電壓（流）。信噪比（S/N）：在負(fù)載電阻RL上產(chǎn)生的信號(hào)功率與噪聲功率之比22SSLS22NNLN2SS2dBNNPIRISNPIRIIIS10 lg20 lgN

7、II二、有關(guān)噪聲方面的參數(shù)等效噪聲輸入(ENI)器件在特定帶寬內(nèi)(1Hz)產(chǎn)生的均方根信號(hào)電流恰好等于均方根噪聲電流值時(shí)的輸入通量，此時(shí)，其它參數(shù)，如頻率溫度等應(yīng)加以規(guī)定。在確定光電探測(cè)器件的探測(cè)極限時(shí)使用。二、有關(guān)噪聲方面的參數(shù)噪聲等效功率(NEP) 最小可探測(cè)功率探測(cè)率D和比探測(cè)率DeNEPS/N(=1)-1SNV / V1DWNEPP（）d1 / 21dA/D *A()N E PSNfVVfcmH zWP二、有關(guān)噪聲方面的參數(shù)噪聲等效功率(NEP) 最小可探測(cè)功率探測(cè)率D和比探測(cè)率DeNEPS/N(=1)-1SNV / V1DWNEPP（）d1 / 21dA/D *A()N E PSNf

8、VVfcmH zWP三、其它參數(shù)量子效率某一特定波長(zhǎng)上每秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光量子數(shù)之比。eeddNhhc/( )( )SSIIqRhcIRNq 三、其它參數(shù)線性度描述探測(cè)器的光電特性或光照特性曲線輸出信號(hào)與輸入信號(hào)保持線性關(guān)系的程度。線性區(qū)的大小與探測(cè)器后的電子線路有很大關(guān)系線性區(qū)的下限由暗電流和噪聲因素決定，上限由飽和效應(yīng)或過(guò)載決定；線性區(qū)隨偏量、輻射調(diào)制及調(diào)制頻率等條件的變化而變化。u噪聲的統(tǒng)計(jì)特性描述探測(cè)器的光電特性或光照特性曲線輸出信號(hào)與輸入信號(hào)保持線性關(guān)系的程度。線性區(qū)的大小與探測(cè)器后的電子線路有很大關(guān)系線性區(qū)的下限由暗電流和噪聲因素決定，上限由飽和效應(yīng)或過(guò)載決定；線性區(qū)隨偏

9、量、輻射調(diào)制及調(diào)制頻率等條件的變化而變化。u噪聲的統(tǒng)計(jì)特性噪聲的統(tǒng)計(jì)特性什么是噪聲？特點(diǎn)和分析方法什么是噪聲？特點(diǎn)和分析方法(抑制噪聲的方法抑制噪聲的方法)包括：概率分布包括：概率分布 功率譜密度功率譜密度 相關(guān)函數(shù)相關(guān)函數(shù) 常見(jiàn)噪聲的統(tǒng)計(jì)特征常見(jiàn)噪聲的統(tǒng)計(jì)特征 u噪聲的概率分布噪聲的概率分布噪聲的特點(diǎn)：連續(xù)型隨機(jī)信號(hào)噪聲的特點(diǎn)：連續(xù)型隨機(jī)信號(hào) 產(chǎn)生原因：電子熱運(yùn)動(dòng)；產(chǎn)生原因：電子熱運(yùn)動(dòng)； 電路中的隨機(jī)擾動(dòng)；電路中的隨機(jī)擾動(dòng)； 半導(dǎo)體器件中載流子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。半導(dǎo)體器件中載流子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。均屬于噪聲的統(tǒng)計(jì)特性均屬于噪聲的統(tǒng)計(jì)特性u(píng)概率論基本知識(shí)概率論基本知識(shí) 已知已知t時(shí)刻噪聲電壓的概率分布

10、密度為時(shí)刻噪聲電壓的概率分布密度為噪聲電壓取值在噪聲電壓取值在 和和 之間的概率為：之間的概率為：u由于噪聲是隨機(jī)過(guò)程，它的統(tǒng)計(jì)特征量為由于噪聲是隨機(jī)過(guò)程，它的統(tǒng)計(jì)特征量為數(shù)學(xué)期望：數(shù)學(xué)期望：()Np1N2N2112()()NNNNNNNppd()NNNNEpd方差方差u幾個(gè)概念幾個(gè)概念廣義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程：光電系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，噪聲的方差和數(shù)廣義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程：光電系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，噪聲的方差和數(shù)學(xué)期望一般不再隨時(shí)間變化。學(xué)期望一般不再隨時(shí)間變化。狹義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程：噪聲的概率分布密度不隨時(shí)間變化狹義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程：噪聲的概率分布密度不隨時(shí)間變化22NNNDEE2NE：噪聲的二階中心矩2()()N

11、NNNNDEpdND各態(tài)經(jīng)歷：統(tǒng)計(jì)平均可以用時(shí)間平均來(lái)計(jì)算各態(tài)經(jīng)歷：統(tǒng)計(jì)平均可以用時(shí)間平均來(lái)計(jì)算*光電系統(tǒng)的噪聲是各態(tài)經(jīng)歷的廣義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。光電系統(tǒng)的噪聲是各態(tài)經(jīng)歷的廣義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。u以熱噪聲為例：以熱噪聲為例： 符合高斯分布符合高斯分布TNNNTT1Elim(t)dt2TT222NNNTT1Elim(t)dt2TNp()2NN2NN(a)1p()exp22數(shù)學(xué)期望：數(shù)學(xué)期望： 熱噪聲平均值，一般為熱噪聲平均值，一般為0方差：方差： 熱噪聲的交流功率，熱噪聲的交流功率， 越大，越大， 噪噪聲越強(qiáng)。聲越強(qiáng)。在在 時(shí)的概率：時(shí)的概率：u噪聲的功率譜密度噪聲的功率譜密度噪聲功率譜密度噪聲功率譜密

12、度 :表示單位頻譜的噪聲功率表示單位頻譜的噪聲功率NEa2NND2N0NN002021()1exp()22NNNNNNNNpd ( )NS f20(,)()limNNfiffSff噪聲功率噪聲功率 :在頻域在頻域 之間噪聲頻譜分量的之間噪聲頻譜分量的平均功率。平均功率。 討論：討論： 如果放大器帶寬為如果放大器帶寬為(f1,f2)，則上式積分上下限應(yīng)改為，則上式積分上下限應(yīng)改為f1,f2; 和光電探測(cè)器相連接的低噪聲放大器帶寬不應(yīng)太寬；和光電探測(cè)器相連接的低噪聲放大器帶寬不應(yīng)太寬；21( )( )2NNNiSf dfSw dw2Ni( ,)f ffu光電系統(tǒng)中的噪聲分類：光電系統(tǒng)中的噪聲分類：

13、白噪聲：白噪聲：SN(f)=常數(shù)常數(shù)低頻噪聲，紅噪聲，如低頻噪聲，紅噪聲，如1/f噪聲噪聲高頻噪聲，藍(lán)噪聲高頻噪聲，藍(lán)噪聲u噪聲的相關(guān)函數(shù)噪聲的相關(guān)函數(shù)重點(diǎn)研究噪聲在不同時(shí)刻取值之間的相關(guān)性。重點(diǎn)研究噪聲在不同時(shí)刻取值之間的相關(guān)性。自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)定義定義 由于各態(tài)經(jīng)歷的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，統(tǒng)計(jì)平均可用時(shí)間平由于各態(tài)經(jīng)歷的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，統(tǒng)計(jì)平均可用時(shí)間平均來(lái)表示，與時(shí)間起點(diǎn)無(wú)關(guān)。均來(lái)表示，與時(shí)間起點(diǎn)無(wú)關(guān)。討論：幾個(gè)重要性質(zhì)討論：幾個(gè)重要性質(zhì) 僅與時(shí)間差僅與時(shí)間差 有關(guān)，與計(jì)算時(shí)間有關(guān)，與計(jì)算時(shí)間t的起點(diǎn)無(wú)關(guān)的起點(diǎn)無(wú)關(guān)1212(,)()()nRttE n tn t1( ) ( ) ()lim( )

14、 ()2TnTTRE n t n tn t n tdtT( )nR 隨隨 的增加逐漸衰減，表示在時(shí)間上相關(guān)性的增加逐漸衰減，表示在時(shí)間上相關(guān)性逐漸減少。特別是對(duì)零均值噪聲，可以證明逐漸減少。特別是對(duì)零均值噪聲，可以證明 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 是一種偶函數(shù)，即是一種偶函數(shù)，即 ，因此自相，因此自相關(guān)函數(shù)又可以寫(xiě)為關(guān)函數(shù)又可以寫(xiě)為當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 具有最大值，且具有最大值，且特別當(dāng)特別當(dāng) 時(shí)，時(shí)，( )nR( )nR( )0nR( )nR1( )( ( ) ()lim( ) ()2TnTTRE n t n tn t n tdtT0( )()nnRR2(0)lim( ) ( )TnTTRn t n t dt

15、E n 0E n 2(0) nnRD n 和和 關(guān)系關(guān)系 維納維納-辛欽定理：辛欽定理： 條件：條件：由于由于 均為偶函數(shù)，故上式又可寫(xiě)為：均為偶函數(shù)，故上式又可寫(xiě)為：1( )()2()( )jwnnjwnnRSwedwSwRed( )nR( )R( )S f dfd 及R( ), ( )SnS ( )00R( )2S(f) cosdfS(w)2R( ) cosd u噪聲的互相關(guān)函數(shù)噪聲的互相關(guān)函數(shù)定義：定義：對(duì)于具有各態(tài)經(jīng)歷的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程：對(duì)于具有各態(tài)經(jīng)歷的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程：討論討論 : 僅與時(shí)間差僅與時(shí)間差 有關(guān)，而與計(jì)算時(shí)間有關(guān)，而與計(jì)算時(shí)間t的起點(diǎn)的起點(diǎn)無(wú)關(guān)；無(wú)關(guān)；1212( , ) (

16、) ( )xyRt tE x t y t12( ,)( )xyxyRt tR1( )lim( ) ()2TxyTTRx t y tdtT1( )lim() ( )2TyxTTRx ty t dtT( )xyR( )()xyyxRR ，當(dāng)兩個(gè)隨機(jī)過(guò)程互不相關(guān)時(shí)，則，當(dāng)兩個(gè)隨機(jī)過(guò)程互不相關(guān)時(shí)，則一定有一定有 。例如，被檢測(cè)信號(hào)與系統(tǒng)。例如，被檢測(cè)信號(hào)與系統(tǒng)的觀察噪聲之間不存在相關(guān)性，因此采用互相關(guān)的觀察噪聲之間不存在相關(guān)性，因此采用互相關(guān)方法有利于抑制觀察噪聲。方法有利于抑制觀察噪聲。從數(shù)學(xué)角度可以定義互功率譜密度從數(shù)學(xué)角度可以定義互功率譜密度(2)利用互相關(guān)函數(shù)從噪聲中檢測(cè)微弱信號(hào)的方法，利用互

17、相關(guān)函數(shù)從噪聲中檢測(cè)微弱信號(hào)的方法，見(jiàn)圖見(jiàn)圖2-12。( )(0)(0)xyxyRRR( )( )0 xyyxRRxyxy1R ( )=( )2S ( )=( )jxyjxySedRedyxyx1R ( )=( )2S ( )=( )jyxjyxSedRed如如S(t)為正弦信號(hào)，為正弦信號(hào)，y(t)為同頻為同頻正弦信號(hào)，而正弦信號(hào)，而S(t) ，y(t)和和n(t)不相關(guān)不相關(guān)當(dāng)當(dāng)T足夠長(zhǎng)時(shí)足夠長(zhǎng)時(shí) 因此因此實(shí)際應(yīng)用中由于實(shí)際應(yīng)用中由于T有限，所以仍有一些噪聲。有限，所以仍有一些噪聲。1( )lim ( )( ) ()( )( )2TxySynyTTRS tn ty tdtRRTnyR (

18、)0 xySyR ( ) R ( )u白噪聲白噪聲定義：定義：其中其中N0為白噪聲的單邊為白噪聲的單邊功率譜密度，常數(shù)。功率譜密度，常數(shù)。自相關(guān)函數(shù)：自相關(guān)函數(shù)： 不同時(shí)刻取值不相關(guān)，在白噪聲中提取信號(hào)極為有用。不同時(shí)刻取值不相關(guān)，在白噪聲中提取信號(hào)極為有用。白噪聲的自相關(guān)函數(shù)計(jì)算：白噪聲的自相關(guān)函數(shù)計(jì)算：因信號(hào)與噪聲互不相關(guān)，故因信號(hào)與噪聲互不相關(guān)，故 ，T足夠長(zhǎng)時(shí)足夠長(zhǎng)時(shí)0()2NNS0( )( )2nNR 1( )lim ( )( ) ()()( )( )( )( )2TSSnnSnTTRS tn tS tn tdtRRRRT( )( )0SnnSRR( )0nR( )( )SRR相關(guān)時(shí)

19、間相關(guān)時(shí)間性質(zhì)：性質(zhì)：白噪聲的白噪聲的 大，大， 大，表示噪聲不同時(shí)刻的相關(guān)性越大。大，表示噪聲不同時(shí)刻的相關(guān)性越大。減小減小 ，要求延時(shí)電路：，要求延時(shí)電路：0( )( )(0)( )nnennRRdRR( )0(0)0neR時(shí)e( )nR( )nReu光電探測(cè)器的噪聲光電探測(cè)器的噪聲種類：散粒噪聲，熱噪聲，產(chǎn)生種類：散粒噪聲，熱噪聲，產(chǎn)生-復(fù)合噪聲復(fù)合噪聲(g-r噪聲噪聲)，溫度噪，溫度噪 聲，聲，1/f噪聲。噪聲。討論以下幾個(gè)問(wèn)題：產(chǎn)生機(jī)理，統(tǒng)計(jì)特性，減小噪聲對(duì)信號(hào)討論以下幾個(gè)問(wèn)題：產(chǎn)生機(jī)理，統(tǒng)計(jì)特性，減小噪聲對(duì)信號(hào)提取影響的方法。提取影響的方法。一、散粒噪聲一、散粒噪聲1.產(chǎn)生機(jī)理產(chǎn)生

20、機(jī)理 光電探測(cè)器的散粒噪聲是由于光電探測(cè)光電探測(cè)器的散粒噪聲是由于光電探測(cè)器在光輻射作用或熱激發(fā)下，光電子或器在光輻射作用或熱激發(fā)下，光電子或載流子隨機(jī)產(chǎn)生造成的。如圖載流子隨機(jī)產(chǎn)生造成的。如圖2-21所示。所示。經(jīng)計(jì)算，由此引起的外電路感應(yīng)電流經(jīng)計(jì)算，由此引起的外電路感應(yīng)電流脈沖：脈沖：( )( )dQe dxei tv tdtd dtd( )v t 瞬時(shí)速度 的頻譜函數(shù)：的頻譜函數(shù)：2.統(tǒng)計(jì)特征：散粒噪聲的功率譜密度：統(tǒng)計(jì)特征：散粒噪聲的功率譜密度：討論：討論： 與探測(cè)器工作頻率無(wú)關(guān)，具有白噪聲的頻譜特性與探測(cè)器工作頻率無(wú)關(guān)，具有白噪聲的頻譜特性當(dāng)探測(cè)器的工作帶寬為當(dāng)探測(cè)器的工作帶寬為 時(shí)

21、，時(shí)，如果如果 是探測(cè)器的暗電流是探測(cè)器的暗電流 ，則無(wú)光照的暗電流噪聲，則無(wú)光照的暗電流噪聲功率：功率：由入射光引起的由入射光引起的 散粒噪聲散粒噪聲 電子計(jì)數(shù)噪聲電子計(jì)數(shù)噪聲 ：光輻射作用于光電探測(cè)器產(chǎn)生的平均光電流。：光輻射作用于光電探測(cè)器產(chǎn)生的平均光電流。( )i t0()( )djteiv t edted22( )( )22NNSfifNeeI( )NSf22NieIf2d( )2NdifeIf22NppieIfpIfIdI二、熱噪聲二、熱噪聲1.機(jī)理機(jī)理熱噪聲是由耗散元件中電荷載流子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，如圖的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)引起的，如圖2-22。任何有電路的

22、材料都有熱噪聲。任何有電路的材料都有熱噪聲。設(shè)電阻器的體積設(shè)電阻器的體積V=Ad，其中，其中A為截面積，為截面積，d為長(zhǎng)度，為長(zhǎng)度， m為電子質(zhì)量為電子質(zhì)量電阻樣品的電導(dǎo)率由固體物理學(xué)可知為電阻樣品的電導(dǎo)率由固體物理學(xué)可知為式中式中0是電子熱運(yùn)動(dòng)的平均碰撞時(shí)間。因此電阻樣品的是電子熱運(yùn)動(dòng)的平均碰撞時(shí)間。因此電阻樣品的電阻值為電阻值為mNe02ANemdAdAdR02一個(gè)電子在相鄰兩次碰撞期間在外一個(gè)電子在相鄰兩次碰撞期間在外電路中引起的電路中引起的 電流脈沖是：電流脈沖是：2.統(tǒng)計(jì)特性統(tǒng)計(jì)特性熱噪聲的功率譜密度：熱噪聲的功率譜密度：考慮到考慮到 ,上式可寫(xiě)為上式可寫(xiě)為其中其中K:波爾茲曼常數(shù)，

23、波爾茲曼常數(shù)，T: 溫度，溫度，R:電阻值電阻值0( )00,xevti tdtt )1 (4)()(2022022mdkTNVefSfiNNJ1RkTANemdkTfSfiNNJ4/4)()(022對(duì)于帶寬有限的光電探測(cè)器系數(shù)：對(duì)于帶寬有限的光電探測(cè)器系數(shù)：另外，熱噪聲電流均方根值和電壓均方根值：另外，熱噪聲電流均方根值和電壓均方根值：說(shuō)明：說(shuō)明：熱噪聲功率密度具有平均特性，屬白噪聲頻譜。熱噪聲功率密度具有平均特性，屬白噪聲頻譜。高端極限頻率高端極限頻率 為：為：室溫下，電子學(xué)工作頻率遠(yuǎn)低于此，可認(rèn)為是白噪聲。室溫下，電子學(xué)工作頻率遠(yuǎn)低于此，可認(rèn)為是白噪聲。3.減少噪聲的方法減少噪聲的方法減

24、少噪聲響應(yīng)是一個(gè)重要問(wèn)題。減少噪聲響應(yīng)是一個(gè)重要問(wèn)題。減小工作溫度：液氮，液氖，液氦溫度條件下。減小工作溫度：液氮，液氖，液氦溫度條件下。24( )NJkTfifR21/24()NJkT fiR21/2(4)NJvkTR fHf130.1510KTHZ41,1,4,500,28,10NJNJkKfHZVnVfKHZ VmVA三、產(chǎn)生三、產(chǎn)生-復(fù)合噪聲復(fù)合噪聲1.機(jī)理機(jī)理半導(dǎo)體中由于載流子產(chǎn)生和復(fù)合的隨機(jī)性而引起載流子平均半導(dǎo)體中由于載流子產(chǎn)生和復(fù)合的隨機(jī)性而引起載流子平均濃度的起伏所產(chǎn)生的噪聲稱為產(chǎn)生濃度的起伏所產(chǎn)生的噪聲稱為產(chǎn)生-復(fù)合噪聲，又稱復(fù)合噪聲，又稱g-r噪聲。噪聲。設(shè)光生載流子的持續(xù)時(shí)間為設(shè)光生載流子的持續(xù)時(shí)間為 ，則它在外回路中產(chǎn)生的感應(yīng)則它在外回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流脈沖為：電流脈沖為：2.統(tǒng)計(jì)特性：統(tǒng)計(jì)特性： G-r噪聲的功率譜密度：噪聲的功率譜密度： ：半導(dǎo)體光電導(dǎo)探測(cè)器的內(nèi)增益。：半導(dǎo)體光電導(dǎo)探測(cè)器的內(nèi)增益。0