探測(cè)器性能比較

光電探測(cè)與信號(hào)處理華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院各類光電探測(cè)器的性能及應(yīng)用比較光電探測(cè)器的性能及應(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(jiǎn)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(wàn)別，以致對(duì)光電系統(tǒng)所需的性能參量各有側(cè)重。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。1單元光電探測(cè)器性能及應(yīng)用比較

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100。

(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)阻值比較各種典型探測(cè)器的內(nèi)阻和響應(yīng)時(shí)間

探測(cè)器內(nèi)阻（Ω）響應(yīng)時(shí)間（s）低阻熱電偶1~1010-2~1蒸發(fā)型熱電偶50~20010-3~10-2金屬測(cè)輻射熱計(jì)1~1010-2~10-1PIN型鍺二極管~50~10-7HgCdTe（PV77K）2.5~50~10-8HgCdTe（PC77K）20~5010-8~10-7中阻<10-61044×10-43×10-9~4×10-5105~10610-2PbS（PC常溫）105~1075×10-5~5×10-4PbSe（PC常溫）106~107~2×10-6InSb（PV77K）103~105<10-6高阻Ge:Au（PC77K）105~107<10-6熱釋電探測(cè)器~1083×10-9~4×10-5二、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(400nm一1000000nm)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(300一800nm)、 石英玻璃(260—3500nm)、 鍺(1700—2300nm)、

KRS—5(碘化鉈—溴化鉈)(500nm—50000nm)。2．光子探測(cè)器是對(duì)波長(zhǎng)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)間見上表。 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KHz， 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)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(lái)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)。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10-18-—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)多采用熱電偶（堆）。

六、外加偏置電壓比較除熱電偶、光電池以外，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。光電倍增管外加直流電玉在600—3000v范圍，APD外加直流偏置電壓在100—200V，供電電路必須另外單獨(dú)提供，給使用這類探測(cè)器帶來(lái)不便。

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)。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、二作環(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，使用這類器件時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。在光電系統(tǒng)中如果對(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(jiǎn)單，因此價(jià)格便