探測(cè)器性能比較

3.6探測(cè)器性能比較

3.6.1單元光電探測(cè)器的性能及應(yīng)用比較

3.6.2光電成像器件性能及應(yīng)用比較

為了在設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)選擇探測(cè)器時(shí)綜合參考，將各類光電探測(cè)器的性能和應(yīng)用范圍作一簡要的比較；注意：由于實(shí)際工程測(cè)量和科學(xué)研究所需解決的問題干差萬別，以致對(duì)光電系統(tǒng)所需的性能參量各有側(cè)重。本節(jié)將以光電探測(cè)器的一些基本參量對(duì)各類探測(cè)器作一比較。3.6.1單元光電探測(cè)器性能及應(yīng)用比較

(a)(b)(4)(PE-PhotoEmission)(PMT-PhotoMultiplierTube)(PC-Photoconductive)(PV-PhotoVoltaic)(SBD－SchottkyBarrierPhotoDiode)(PEM-photoelectromagnetic)(photondrageffective)(Bolometer)PositiveTemperatureCoefficient(seebeckeffect)Pyroelectricsensor(MCP-MicrochannelPlates)(Dynode)(APD－AvalanchePhotoDiode)thermocouples&thermopileNegativeTemperatureCoefficientSolarcell（photocell）PhotoDiodephotoconductor(imageintensifiers)

設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮前置放大器的設(shè)計(jì)，為了獲得低噪聲前置放大器，必須了解探測(cè)器內(nèi)阻值，以便根據(jù)最佳源電阻匹配原則選擇低噪聲放大器，以得到最大的輸出信噪比。一般按探測(cè)器內(nèi)阻高低可分為三類：

(1)低阻探測(cè)器：內(nèi)阻低于1000。

(2)中阻探測(cè)器：內(nèi)阻在100Ω一lMΩ之間。

(3)高阻探測(cè)器：內(nèi)阻高于1MΩ

一、典型探測(cè)器內(nèi)阻值比較二、光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍比較光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍主要由制作器件的材料決定，在前幾節(jié)對(duì)各種器件的光譜響應(yīng)范圍已作詳細(xì)介紹，這里可綜合歸納其基本要點(diǎn)：1．熱電探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍最寬，從可見光到遠(yuǎn)紅外波段(0.4～100μm)都有平坦的光譜響應(yīng)，它們的光譜響應(yīng)范圍主要取決于器件的窗口材料，常用的光學(xué)窗口材料有：一般光學(xué)玻璃(300～800nm)；石英玻璃(0.26～3.5μm)；鍺(1.7～23μm)；KRS—5(碘化鉈—溴化鉈)(0.5～50μm)。2．光子探測(cè)器是對(duì)波長響應(yīng)有選擇性的探測(cè)器。它們的響應(yīng)范圍由材料自身特性決定。光譜響應(yīng)范圍在可見光及近紅外波段，最重要的材料有：硒(350一700nm，λp為570nm)、硅(400—1100nm，λp為850nm)，光譜響應(yīng)范圍在紅外波段的材料很多，但它們的共同特點(diǎn)是一般要在低溫下工作(多數(shù)在液氮溫度77K下工作)。三、探測(cè)器響應(yīng)頻率比較各種探測(cè)器響應(yīng)頻率特性都是由探測(cè)器的工作機(jī)制所決定的，各類探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間見表3.3，一般規(guī)律：熱電探測(cè)器(除熱釋電探測(cè)器外)響應(yīng)頻率最低，一般只能達(dá)幾千Hz，其中熱電偶響應(yīng)頻率在100Hz范圍內(nèi)；PC探測(cè)器響應(yīng)頻率次之，一般在幾MHz范圍內(nèi)；PV探測(cè)器響應(yīng)頻率比PC探測(cè)器高，可達(dá)到幾百M(fèi)Hz，PIN管響應(yīng)頻率最高，可達(dá)GHz。四、光電特性比較光電特性直線性是指當(dāng)加在光電探測(cè)器的偏置電壓、負(fù)載電阻等參量不變時(shí)，探測(cè)器輸出電壓(電流)值與入射在探測(cè)器上的光照度的線性關(guān)系。對(duì)于光度測(cè)量和輻射度測(cè)量來說是一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)。一般地：光電導(dǎo)探測(cè)器的光電特性直線性最差；光伏探測(cè)器較好；光電倍增管的光電特性直線性最好。

五、入射光功率范圍比較入射光功率范圍是指探測(cè)器所能探測(cè)到的最低光功率和最高光功率。一般探測(cè)器的入射光功率范圍在10-7W到0.1W量級(jí)。作為特殊情況，在探測(cè)極微弱的可見光信號(hào)時(shí)多采用光電倍增管，其入射光功率范圍在10-9～10-3W內(nèi)；APD在10-7～10-5W范圍內(nèi)；探測(cè)高能量激光功率時(shí)多采用光子牽引探測(cè)器和熱電偶。

六、外加偏置電壓比較除熱電偶、光電池、光子牽引探測(cè)器以外，大部分光電探測(cè)器都需要外加偏置電壓才能形成光電流(電壓)；一般偏置電壓都在幾伏到幾十伏范圍，可以由整個(gè)光電系統(tǒng)的供電電路統(tǒng)一供電，比較方便。光電倍增管的外加直流電壓在600～3000v范圍；供電電路必須另外單獨(dú)提供，給使用這類探測(cè)器帶來不便；APD外加直流偏置電壓在100～200V，供電電路也須單獨(dú)提供。七、探測(cè)率D*大小的比較探測(cè)率D*包含了探測(cè)器噪聲特性，因此它是衡量一個(gè)探測(cè)器性能的綜合性指標(biāo)。從總體上看：熱電探測(cè)器的D*值最低，PC探測(cè)器的D*值次之，PV探測(cè)器的D*值最高。由于光電倍增管具有很高的內(nèi)增益，在紫外和可見光波段探測(cè)微弱光信號(hào)方面仍是其它固體探測(cè)器所不能替代的。

八、工作環(huán)境及穩(wěn)定性比較探測(cè)可見光波段的硅光電探測(cè)器、CdS，CdSe光敏電阻以及熱電偶對(duì)工作環(huán)境沒有特殊要求，而且體積小，穩(wěn)定性比較好，使用方便。光譜響應(yīng)在紅外波段的光電探測(cè)器一般都在低溫下工作，需要致冷裝置。如果對(duì)所探測(cè)的紅外波段信號(hào)的靈敏度的要求不是很高時(shí)，一般可采用常溫工作的熱探測(cè)器。光電倍增管屬于真空類器件，由于對(duì)雜散光、電磁干擾都十分敏感，同對(duì)，器件尺寸大，需要防震、防潮，對(duì)工作環(huán)境的要求比較苛刻。九、價(jià)格比較硅、CdS、CdSe和制作熱敏電阻的金屬氧化物類的材料均是比較成熟的材料，應(yīng)用范圍寬，制作工藝簡單，因此價(jià)格便宜；應(yīng)用于紅外波段的各類光子探