光電檢測光電探測器

1、光電檢測光電探測器第1頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一光輻射探測器熱電探測器光子探測器第2頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 熱電探測器特點：響應(yīng)波長無選擇性，它對從可見光到遠(yuǎn)紅外的各種波長的輻射同樣敏感。響應(yīng)慢，吸收輻射產(chǎn)生信號需要的時間長，一般在幾毫秒以上。 光電探測器特點：響應(yīng)波長有選擇性，存在某一截止波長0，超過此波長，器件沒有響應(yīng)。 響應(yīng)快，一般在納秒到幾百微秒。第3頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一1.響應(yīng)度（或靈敏度) 光電探測器的輸出電壓或輸出電流(或光電導(dǎo))與入射光功率(或光照度)之比，它描述器件的光電

2、轉(zhuǎn)換效能。第一節(jié)、基本特性參數(shù)一、響應(yīng)方面的參數(shù)第4頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一光譜響應(yīng)度 光電探測器的輸出電壓或輸出電流與入射到探測器上的單色輻射通量之比，光譜響應(yīng)度愈大，表示光電探測器愈靈敏。 第5頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一積分響應(yīng)度 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響應(yīng)度。積分靈敏度表示探測器對連續(xù)輻射通量的反應(yīng)程度。第6頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一2響應(yīng)時間 當(dāng)入射輻射到光電探測器后或入射輻射遮斷后，光電探測器的輸出上升到穩(wěn)定值或下降到照射前的值所需時間稱為響應(yīng)時間。上升時間

3、和下降時間第7頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一3頻率響應(yīng) 光電探測器的響應(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)。第8頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一二、噪聲方面的參數(shù) 從響應(yīng)度的定義來看，好象只要有光輻射存在，不管它的功率如何小，都可探測出來。但事實并非如此。當(dāng)入射功率很低時，輸出只是些雜亂無章的變化信號，而無法肯定是否有輻射入射在探測器上。這并不是探測器不好引起的，而是它所固有的“噪聲”引起的。如果對這些隨時間而起伏的電壓(流)按時間取平均值，則平均值等于零。但這些值的均方根不等于零，這個均方根電壓(流)稱為探測器的噪聲電壓(流)。

4、第9頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一熱噪聲： 也稱約翰遜噪聲， 載流子無規(guī)則的熱運動造成的噪聲。熱噪聲存在于任何電阻中。 熱噪聲與溫度成正比。 熱噪聲與頻率無關(guān)。熱噪聲是各種頻率分量組成，就像白光是各種波長的光組成一樣，所以熱噪聲也稱為白噪聲。1、器件的噪聲第10頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一散粒噪聲： 也稱散彈噪聲， 穿越勢壘的載流子的隨機(jī)漲落（統(tǒng)計起伏）所造成的噪聲。在每個時間間隔內(nèi)，穿過勢壘區(qū)的載流子的數(shù)或從陰極到陽極的電子數(shù)都圍繞一平均值上下起伏。散粒噪聲也是白噪聲。產(chǎn)生復(fù)合噪聲： 載流子的產(chǎn)生率與復(fù)合率在某個時間間隔內(nèi)也會在平均值

5、上下起伏，這種起伏導(dǎo)致載流子濃度的起伏，從而也產(chǎn)生均方噪聲電流。它不是白噪聲。 第11頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 1/f 噪聲(閃爍噪聲或低頻噪聲）： 由于光敏層的微粒不均勻或不必要的微量雜質(zhì)的存在，當(dāng)電流流過時在微粒間發(fā)生微火花放電而引起的微電爆脈沖稱為1/f 噪聲。 頻率越低，這種噪聲越大，所以也稱為低頻噪聲，它是屬于“紅”噪聲。第12頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一2、噪聲參數(shù)：信噪比(SN) ： 信噪比是判定噪聲大小通常使用的參數(shù)。它是在負(fù)載電阻RL上產(chǎn)生的信號功率與噪聲功率之比，即若用分貝(dB)表示，則為第13頁，共94頁，

6、2022年，5月20日，17點40分，星期一 利用SN評價兩種光電探測器性能時，必須在信號輻射功率相同的情況下才能比較。 但對單個光電探測器，其SN的大小與入射信號輻射功率及接收面積有關(guān)。如果入射輻射強(qiáng)，接收面積大，SN就大，但性能不一定就好。因此用SN評價器件有一定的局限性。第14頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一等效噪聲輸入(ENl) ： 它定義為器件在特定帶寬內(nèi)(1Hz)產(chǎn)生的均方根信號電流恰好等于均方根噪聲電流值時的輸入通量，此時，其他參數(shù)，如頻率溫度等應(yīng)加以規(guī)定。這個參數(shù)是在確定光電探測器件的探測極限(以輸入通量為瓦或流明表示)時使用。 噪聲等效功率(NEP)

7、： 或稱最小可探測功率Pmin。它定義為信號功率與噪聲功率之比為1(即SN=1)時，入射到探測器上的輻射通量(單位為瓦)。即第15頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一探測率D ： 只用NEP無法比較兩個不同來源的光探器的優(yōu)劣。為此，引入兩個新的性能參數(shù)探測率D和比探測率D*。探測率D定義為NEP（噪聲等效功率）的倒數(shù)，即 顯然，D愈大，光電探測器的性能就愈好。探測率D所提供的信息與NEP一樣，也是一項特征參數(shù)。不過它所描述的特性是：光電探測器在它的噪聲電平之上產(chǎn)生一個可觀測的電信號的本領(lǐng)，即光電探測器能響應(yīng)的入射光功率越小，則其探測率越高。第16頁，共94頁，2022年，

8、5月20日，17點40分，星期一歸一化探測率D* ： 為了在不同帶寬內(nèi)對測得的不同的光敏面積的光電探測器件進(jìn)行比較，使用了歸一化探測率（比探測率）D*。暗電流Id ： 即光電探測器在沒有輸入信號和背景輻射時所流過的電流(加電源時)。一般測量其直流值或平均值。 第17頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一1、量子效率() ： 在某一特定波長上每秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光量子數(shù)之比。 一般()反映的是入射輻射與最初的光敏面的相互作用。若()1（理論上），則入射一個光量子就能發(fā)射一個電子或產(chǎn)生一對電子孔穴對。實際上()410nm的可見光來說，很難產(chǎn)生光電發(fā)射，量子效率低；金屬材

9、料是否滿足良好的光電發(fā)射材料的條件？第31頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一半導(dǎo)體材料是否滿足良好的光電發(fā)射材料的條件？光吸收系數(shù)比金屬大；體內(nèi)自由電子少，散射能量變小故量子效率比金屬大；光發(fā)射波長延伸至可見光、近紅外波段。 70年代后期，發(fā)展了負(fù)電子親和勢（NEA）光電陰極，長波可至1.6m。第32頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 (1)使光電陰極發(fā)射的光電子盡可能全部會聚到第一倍增極上，而將其他部分的雜散電子散射掉，提高信噪比； (2)使陰極面上各處發(fā)射的光電子在電子光學(xué)系統(tǒng)中有盡可能相等的渡越時間，以保證光電倍增管的快速響應(yīng)。光電陰極聚焦

10、極3電子光學(xué)系統(tǒng)第33頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 倍增系統(tǒng)是由許多倍增極組成的綜合體，每個倍增極都是由二次電子倍增材料構(gòu)成，具有使一次電子倍增的能力。因此倍增系統(tǒng)是決定整管靈敏度最關(guān)鍵的部分。4二次發(fā)射倍增系統(tǒng)第34頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 陽極是采用金屬網(wǎng)作的柵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，把它置于靠近最末一級倍增極附近，用來收集最末一級倍增極發(fā)射出來的電子。光入射窗口光電陰極電子光學(xué)輸入系統(tǒng)二次發(fā)射電子倍增器陽極5陽極第35頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一1、光子透過入射窗入射到光電陰極K上。2、光電陰極的電子受光子激

11、發(fā)，離開表面發(fā)射到真空中。3、光電子通過電場加速和電子光學(xué)系統(tǒng)聚焦入射到第一倍增極D1上，倍增極發(fā)射出比入射電子數(shù)目更多的二次電子。入射電子經(jīng)N級倍增后，光電子就放大N次。4、經(jīng)過倍增后的二次電子由陽極a收集起來，形成陽極光電流，在負(fù)載RL上產(chǎn)生信號電壓。第36頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一、基本特性參數(shù)1光譜響應(yīng)度 PMT的光譜響應(yīng)曲線與光電陰極的相同，主要取決于光電陰極材料的性質(zhì)。第37頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一2放大倍數(shù)(電流增益) 在一定工作電壓下，光電倍增管的陽極電流與陰極電流之比稱為管子的放大倍數(shù)M或電流增益G。3.暗電流

12、 它限制了可測直流光通量的最小值，同時也是產(chǎn)生噪聲的重要因素，是鑒別管子質(zhì)量的重要參量。應(yīng)選取暗電流較小的管子。第38頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一4.伏安特性 光電倍增管的伏安特性曲線分為陰極伏安特性曲線與陽極伏安特性曲線。在電路設(shè)計時，一般使用陽極伏安特性曲線來進(jìn)行負(fù)載電阻、輸出電流、輸出電壓的計算。第39頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一5. 頻率響應(yīng) 由于PMT是光電發(fā)射型器件，而光電發(fā)射的延遲時間31013S，所以PMT有很高的頻率響應(yīng)。6.噪聲 主要來源是光電陰極、光電發(fā)射的隨機(jī)性和各倍增極二次電子發(fā)射的隨機(jī)性，同時也與背景光或信

13、號光中的直流分量有關(guān)。第40頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一、PMT的供電電路 倍增管各電極要求直流供電，從陰極開始至各級的電壓要依次升高，一般多采用電阻鏈分壓辦法來供電。一般情況下，各級間電壓均相等，約80V100V，總電壓約1KV1.3KV。第41頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 對電源電壓穩(wěn)定性要求較高。如果電源電壓不穩(wěn)，會引起許多參量的變化，特別是電流增益變化，從而直接影響輸出特性。目前已有光電倍增管專用的電源穩(wěn)壓塊。1)電源電壓穩(wěn)定性的要求 電源電壓的變化和放大倍數(shù)變化的關(guān)系為：第42頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40

14、分，星期一 因倍增管中的電流與電阻鏈中的電流是并聯(lián)關(guān)系，要保證各級電壓穩(wěn)定，要求流過電阻鏈的電流IR至少要比陽極電流Ia大20倍以上。 一般說，IR越大，對穩(wěn)定極間電壓UD越有利。但I(xiàn)R也不能太大，因為IR太大會增大電阻的功耗，加重電源負(fù)擔(dān)。當(dāng)UD給定后，分壓電阻R的最大值應(yīng)取決于陽極的最大平均電流，R最小值應(yīng)取決于高壓電源輸出的功率。一般常用分壓器的阻值選擇范圍為20K 500K2)電阻鏈分壓電阻的確定第43頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 倍增管的輸出電流主要是來自于最后幾級，探測脈沖光時，為了不使陽極脈動電流引起極間電壓發(fā)生大的變化，常在最后幾級的分壓電阻上并聯(lián)

15、電容器。3)并聯(lián)電容的確定第44頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 倍增管供電電路與其后續(xù)信號處理電路必須要有一個共用的參考電位，即接地點。倍增管的接地方式有兩種，即陰極接地或陽極接地。4)接地方式陰極接地陽極接地第45頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 優(yōu)點：便于屏蔽，光、磁、電的屏蔽罩可以跟陰極靠得近些，屏蔽效果好；暗電流小，噪聲低。 缺點：但這時陽極要處于正高壓，會導(dǎo)致寄生電容大，匹配電纜連接復(fù)雜，特別是后面若接直流放大器，整個放大器都處于高電壓，不利于安全操作；如果后面接交流放大器，則必須接一個耐壓很高的隔直電容器，而一般耐壓很高的電容器

16、體積大而且價格高。 陰極接地的特點 第46頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一優(yōu)點：便于跟后面的放大器相接，操作安全，后面不僅可以通過一個低壓耦合電容與交流放大器相接，也可以直接與直流放大器相接。缺點：但這時陰極要處于負(fù)高壓，屏蔽罩不能跟陰極靠得很近，至少要間隔1cm2cm，因此屏蔽效果差一些，暗電流和噪聲都比陰極接地時大，而且整個倍增管裝置的體積也要大些。陽極接地的特點第47頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 使用前應(yīng)了解器件的特性。真空光電器件的共同特點是靈敏度高、惰性小、供電電壓高、采用玻璃外殼、抗震性差。 使用時不宜用強(qiáng)光照。光照過強(qiáng)時，光

17、電線性會變差而且容易使光電陰極疲勞（輕度疲勞經(jīng)一段時間可恢復(fù)，重度疲勞不能恢復(fù)），縮短壽命。 工作電流不宜過大。工作電流大時會燒毀陰極面，或使倍增級二次電子發(fā)射系數(shù)下降，增益降低，光電線性變差，縮短壽命。 用來測量交變光時，負(fù)載電阻不宜很大，因為負(fù)載電阻和管子的等效電容一起構(gòu)成電路的時間常數(shù)，若負(fù)載電阻較大，時間常數(shù)就變大，頻帶將變窄。6）使用注意事項第48頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一一、簡答題1、光電倍增管的基本結(jié)構(gòu)與工作原理是什么？二、文獻(xiàn)檢索 什么是負(fù)電子親和勢（NEA）光電陰極？原理？第49頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一三、選擇

18、題1、關(guān)于PMT，錯誤的是（ ）A、使用時不宜用強(qiáng)光照 B、抗震性好 C、工作電流不宜過大 D、選大負(fù)載電阻來擴(kuò)展頻帶2、關(guān)于良好的光電發(fā)射材料，錯誤的是（）A、光吸收系數(shù)要小 B、溢出深度要小C、材料的溢出功要小 D、有一定的電導(dǎo)率 第50頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一三、計算題 現(xiàn)有GDB-423光電倍增管的陰極有效面積為2cm2 ，陰極靈敏度為25A/lm，倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù)105，陽極額定電流為20A，求允許的最大照度。 第51頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一一、光敏電阻第三節(jié)、半導(dǎo)體光電檢測器件第52頁，共94頁，2022年，5月

19、20日，17點40分，星期一 本征型半導(dǎo)體光敏電阻、摻雜型半導(dǎo)體光敏電阻第53頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 當(dāng)入射光子使電子由價帶越升到導(dǎo)帶時，導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴均參與導(dǎo)電，因此電阻顯著減小，電導(dǎo)增加。若連接電源和負(fù)載電阻，即可輸出電信號。第54頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 優(yōu)點：靈敏度高，工作電流大（達(dá)數(shù)毫安） ，光譜響應(yīng)范圍寬，所測光強(qiáng)范圍寬，無極性之分。 缺點：響應(yīng)時間長，頻率特性差，強(qiáng)光線性差，受溫度影響大。 主要用于紅外的弱光探測與開關(guān)控制。 第55頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一第56頁，

20、共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一路燈自動點熄原理圖如圖所示，分析它的工作原理。第57頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 它是利用光生伏特效應(yīng)制成的將光能轉(zhuǎn)換成電能的器件。它是一種不需加偏壓就能把光能直接轉(zhuǎn)換成電能P-N結(jié)光電器件。 按用途可分成太陽能光電池和光電檢測光電池。二、光電池第58頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 在P（N）型硅作基底，然后在基底上擴(kuò)散N（P）型半導(dǎo)體作為受光面。構(gòu)成P-N結(jié)后，再經(jīng)過各種工藝處理，分別在基底和光敏面上制作輸出電極，涂上二氧化硅作保護(hù)膜，即成光電池。第59頁，共94頁，2022年，5

21、月20日，17點40分，星期一 當(dāng)光照到PN結(jié)表面時，如果光子能量足夠大，就將在PN結(jié)附近激發(fā)電子空穴對，在PN結(jié)內(nèi)電場作用下，N區(qū)的光生空穴拉向P區(qū)，P區(qū)的光生電子拉向N區(qū)，結(jié)果在N區(qū)聚集了電子，P區(qū)聚集了空穴，這樣在N區(qū)和P區(qū)之間產(chǎn)生了電勢差。第60頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 光電檢測光電池具有光敏面積大，頻率響應(yīng)高，光電流隨照度線性變化。 太陽能光電池耐輻射，轉(zhuǎn)換效率高，成本低，體積小，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、可靠性高、壽命長，在空間能直接利用太陽能轉(zhuǎn)換成電能的特點。第61頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一符號 連接電路 等效電路第62頁

22、，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一三、光敏二極管第63頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一共同點：一個PN結(jié)，單向?qū)щ娦圆煌c： 受光面大，PN結(jié)面積更大，PN結(jié)深度較淺； 表面有防反射的SiO2保護(hù)層； 外加負(fù)偏壓；與普通二極管相比:第64頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一共同點：均為一個PN結(jié)，利用光生伏特效應(yīng)，SiO2保護(hù)膜；不同點： 結(jié)面積比光電池的小，頻率特性好； 光生電勢與光電池相同，但電流比光電池?。?可在零偏壓下工作，更常在反偏壓下工作；與光電池相比：第65頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星

23、期一無光照時，只有熱效應(yīng)引起的暗電流流過PN結(jié)；光照時，產(chǎn)生附加的光生載流子，使流過PN結(jié)的電流驟增；反向電壓增加了耗盡層的寬度和結(jié)電場，使更多的光生載流子流過PN結(jié)。第66頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一a) 不加外電源 b) 加反向外電源 c) 2DU環(huán)極接法環(huán)極接法的作用：克制由于SiO2保護(hù)膜中的雜質(zhì)正離子靜電感應(yīng)。消除表面漏電流，減少暗電流和噪聲。第67頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一光譜響應(yīng)第68頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一光照特性隨著入射光功率的變強(qiáng)，則同一反向電壓下的光電流也變大。入射光功率不變時

24、，反向電壓加到某一電壓后，光電流幾乎不隨反向電壓的變化而變化。第69頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一頻率響應(yīng)光生載流子在薄層中的擴(kuò)散時間及PN結(jié)中的漂移時間（載流子的渡越時間）；結(jié)電容和雜散電容（ RC時間常數(shù)）； 它是半導(dǎo)體光電器件中頻率響應(yīng)最好的器件之一，頻率響應(yīng)與下列因素有關(guān)：第70頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一無論是光生載流子向結(jié)區(qū)擴(kuò)散，還是結(jié)電場中載流子的漂移，它們都有一定的馳豫時間，這個馳豫時間影響光敏器件的頻率響應(yīng)。對于擴(kuò)散型二極管主要馳豫時間為光生載流子向結(jié)區(qū)擴(kuò)散時間。對于耗盡層型二極管主要馳豫時間為光生少子在結(jié)區(qū)的漂移時間

25、。 對于不同波長的光，器件也有不同的頻率響應(yīng)。波長越長的光在較深處被吸收，產(chǎn)生的少數(shù)載流子遠(yuǎn)離PN結(jié)，需較長的擴(kuò)散時間。而較短波長的光在靠近表面處被吸收，產(chǎn)生的少數(shù)載流子離PN結(jié)很近，擴(kuò)散時間短。所以耗盡層型優(yōu)于擴(kuò)散型光敏二極管。載流子的渡越時間第71頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一溫度特性由于反向飽和電流對溫度的強(qiáng)烈依賴性，光敏二極管的暗電流對溫度的變化非常敏感。第72頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一按材料 硅光敏二極管、 鍺光敏二極管、化合物光敏二極管；按結(jié)特性： PN結(jié)（擴(kuò)散層、耗盡層）、PIN結(jié) 、異質(zhì)結(jié)、肖特基勢 壘型及點接觸型；按

26、對光的響應(yīng)： 紫外、可見光、紅外第73頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一PIN管 它的結(jié)構(gòu)特點是，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間夾著一層（相對）很厚的本征半導(dǎo)體。這樣，PN結(jié)的內(nèi)電場就基本上全集中于I層中，從而使PN結(jié)雙電層的間距加寬，結(jié)電容變小。幾種特殊的光敏二極管第74頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 這種管子最大的特點是頻帶寬，可達(dá)10GHz。 另一個特點是，線性輸出范圍寬。 所不足的是，I層電阻很大，管子的輸出電流小，一般多為零點幾微安至數(shù)微安。目前有將PIN管與前置運算放大器集成在同一硅片上并封裝于一個管殼內(nèi)的商品出售。第75頁，共94

27、頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一雪崩光電二極管 雪崩光電二極管是利用PN結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來工作的一種二極管。第76頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 特點：工作電壓很高，約100V200V，接近于反向擊穿電壓。 有很高的內(nèi)增益，可達(dá)到幾百。 響應(yīng)速度特別快，帶寬可達(dá)100GHz，是目前響應(yīng)速度最快的一種光電二極管。 缺點：噪聲大。第77頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一四、光敏三極管第78頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一第79頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一 特點：

28、光電晶體管的靈敏度比光電二極管高，輸出電流也比光電二極管大，多為毫安級。 缺點：它的光電特性不如光電二極管好，在較強(qiáng)的光照下，光電流與照度不成線性關(guān)系。所以光敏三極管多用來作光電開關(guān)元件或光電邏輯元件。第80頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一五、陣列式或象限式結(jié)型光電器件 利用集成電路技術(shù)使兩個至幾百個光電二極管或光電池排成一行，集成在一塊集成電路片子上，即成為陣列式的一維光電器件，也可以使光電二極管或光電池制成象限式的二維光電器件。 這兩種器件中，襯底是共用的，而各光敏元都是獨立的，分別有各自的前極引出線。第81頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期

29、一 就目前的應(yīng)用看，兩個并列的光電二極管或光電池，可用來辨別光點移動的方向。 24個并列的光敏元，可用來收集光點移動的相位信息。 幾十個至幾百個或更多并列的光敏元，可用來攝取光學(xué)圖象或用作空間頻譜分析。 象限式光電器件可用來確定光點在二維平面上的位置坐標(biāo)。多用于準(zhǔn)直、定位、跟蹤或頻譜分析等方面。 這種器件的特點是，光敏元件密集度大，總尺寸小，容易作到各單元多數(shù)一致，便于信號處理。第82頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一六、光電位置探測器（PSD） PSD是利用離子注入技術(shù)制成的一種可確定光的能量中心位置的結(jié)型光電器件，有一維的和二維的兩種。 當(dāng)入射光是一個小光斑，照射到

30、光敏面時，其輸出則與光的能量中心位置有關(guān)。這種器件和象限光電器件比較，其特點是，它對光斑的形狀無嚴(yán)格要求，光敏面上無象限分隔線，對光斑位置可連續(xù)測量。第83頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一一、接受光信號的方式光信號的有無：被測對象造成投射到光電器件上的光信號截斷或通過。如光電開關(guān)、光電報警等。這時光電器件不考慮線性，而要考慮靈敏度。第四節(jié)、各種光電檢測器件的性能比較和應(yīng)用選擇第84頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一光信號的色度差異：當(dāng)被測對象本身光輻射的色溫存在差異或表面顏色變化時，必須選擇合適的光譜特性的光電器件。光信號的幅度大小：當(dāng)被測對象

31、因?qū)獾姆瓷渎省⑼高^率或是被測對象本身光輻射的強(qiáng)度變化，此時光信號幅度大小亦改變。為準(zhǔn)確測出幅度大小的變化，必須選用線性好、響應(yīng)快的器件，如PMT或光電二極管。光信號按一定頻率交替變化：這種光信號的輸入是有一定頻率的，必須使所選器件的上限截止頻率大于輸入信號的頻率才能測出輸入信號的變化。第85頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一二、各種光電器件的性能比較 波長響應(yīng)范圍（nm）輸出電流光電特性直線性動態(tài)特性受光面積穩(wěn)定性外形尺寸價格短波峰值長波頻率響應(yīng)上升時間光電管紫外紅外小好好0.1s大良大高光電倍增管紫外紅外小最好最好0.1s大良大最高光敏電阻CdS400640900大

32、差差0.21ms大一般中低光敏電阻CdSe3007501220大差差0.210ms大一般中低光電池Si4008001200最大好良0.5100s最大最好中中光電池Se350550700中好差1ms最大一般中中光電二極管4007501000最小好最好2s以下小最好最小低光電三極管同上小較好良2100s小良小低第86頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一在動態(tài)特性（即頻率響應(yīng)與時間響應(yīng)）方面，以光電倍增管和光電二極管（尤其是PIN管與APD管）為最好；在光電特性（即線性）方面，以光電倍增管、光電二極管和光電池為最好；在靈敏度方面，以光電倍增管、雪崩光電二極管、光敏電阻和光電三極管為最好。第87頁，共94頁，2022年，5月20日，17點40分，星期一靈敏度高不一定就是輸出電流大，而輸出電流大的器件有大面積光電池、光敏電阻、雪崩光電二極管和光電三極管；外加偏置電壓最低的是光電二極管、光電三極管，光電池不需外加偏置；在暗電流方面，光電倍增管和光