光電檢測光電探測器

光電檢測光電探測器第一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日光輻射探測器熱電探測器光子探測器第二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

熱電探測器特點：①響應波長無選擇性，它對從可見光到遠紅外的各種波長的輻射同樣敏感。②響應慢，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：①響應波長有選擇性，存在某一截止波長λ0，超過此波長，器件沒有響應。②響應快，一般在納秒到幾百微秒。第三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日1.響應度（或靈敏度)

光電探測器的輸出電壓或輸出電流(或光電導)與入射光功率(或光照度)之比，它描述器件的光電轉(zhuǎn)換效能。第一節(jié)、基本特性參數(shù)一、響應方面的參數(shù)第四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑴光譜響應度

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，光譜響應度愈大，表示光電探測器愈靈敏。

第五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑵積分響應度

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度。積分靈敏度表示探測器對連續(xù)輻射通量的反應程度。第六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日2．響應時間

當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時間。上升時間和下降時間第七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日3．頻率響應

光電探測器的響應隨入射輻射的調(diào)制頻率而變化的特性稱為頻率響應。第八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日二、噪聲方面的參數(shù)從響應度的定義來看，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)。第九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑴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。①熱噪聲存在于任何電阻中。②熱噪聲與溫度成正比。③熱噪聲與頻率無關。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、器件的噪聲第十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑵散粒噪聲：也稱散彈噪聲，穿越勢壘的載流子的隨機漲落（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。⑶產(chǎn)生－復合噪聲：載流子的產(chǎn)生率與復合率在某個時間間隔內(nèi)也會在平均值上下起伏，這種起伏導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。第十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑷1/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。第十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日2、噪聲參數(shù)：⑴信噪比(S／N)

：

信噪比是判定噪聲大小通常使用的參數(shù)。它是在負載電阻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，則為第十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日利用S／N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S／N的大小與入射信號輻射功率及接收面積有關。如果入射輻射強，接收面積大，S／N就大，但性能不一定就好。因此用S／N評價器件有一定的局限性。第十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑵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。⑶噪聲等效功率(NEP)：

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S／N=1)時，入射到探測器上的輻射通量(單位為瓦)。即第十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑷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，即光電探測器能響應的入射光功率越小，則其探測率越高。第十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑸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行比較，使用了歸一化探測率（比探測率）D*。⑹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。第十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日1、量子效率η(λ)

：

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η(λ)反映的是入射輻射與最初的光敏面的相互作用。若η(λ)＝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η(λ)<1。對于有增益的光電器件，η(λ)

遠大于1，此時我們一般用增益或放大倍數(shù)。三、其它參數(shù)第十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日2、線性度：

描述探測器的光電特性或光照特性曲線，輸出信號與輸入信號保持線性關系的程度。在規(guī)定范圍內(nèi)，探測器的輸出電量精確地正比于輸入光量的性能。這一范圍稱為線性區(qū)。3、工作溫度：

描指光電探測器最佳工作狀態(tài)時的溫度。工作溫度不同時，性能有變化。第十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日一、概念理解1、光電探測器的響應度（或靈敏度）2、信噪比3、最小可探測功率二、簡答題熱電檢測器件和光電檢測器件的特點是什么？

第二十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日三、選擇題1、光電檢測系統(tǒng)的核心是（）A、處理電路 B、光電管C、透鏡D、光電探測器第二十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)、真空光電探測器件光電管分真空光電管和充氣光電管兩種。若球內(nèi)充低壓惰性氣體就成為充氣光電管。一、光電管1、結(jié)構(gòu)及分類第二十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日光電陰極通常采用逸出功小的光敏材料。當光線照射到光敏材料上便有電子逸出，這些電子被具有正電位的陽極所吸引，在光電管內(nèi)形成空間電子流，在外電路就產(chǎn)生電流。若在外電路串入一定阻值的電阻，則在該電阻上的電壓降或電路中的電流大小都與光強成函數(shù)關系，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。2、工作原理第二十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日優(yōu)點：光電陰極面積大，靈敏度較高；暗電流小，最低可達10-14A；光電發(fā)射弛豫過程極短。3、優(yōu)缺點缺點：真空光電管一般體積都比較大、工作電壓高達百伏到數(shù)百伏、玻殼容易破碎等。目前已基本被固體光電器件所代替。第二十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日建立在光電效應、二次電子發(fā)射和電子光學理論基礎上的，把微弱入射光轉(zhuǎn)換成光電子，并獲倍增的器件。第二十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日㈠、基本結(jié)構(gòu)與原理光入射窗口光電陰極電子光學輸入系統(tǒng)二次發(fā)射電子倍增器陽極第二十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

光窗分側(cè)窗式和端窗式兩種，它是入射光的通道。由于光窗對光的吸收與波長有關，波長越短吸收越多，所以倍增管光譜特性的短波閾值決定于光窗材料。1．光入射窗側(cè)窗式端窗式第二十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日2．光電陰極

光電陰極由光電發(fā)射材料制作。光電發(fā)射材料大體可分為：金屬材料、半導體材料。第二十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑴光射入物體后，物體中的電子吸收光子能量，從基態(tài)躍遷到能量高于真空能級（真空中靜止電子能量）的激發(fā)態(tài)。⑵受激電子從受激地點出發(fā)，在向表面運動過程中免不了要同其它電子或晶格發(fā)生碰撞，而失去一部分能量。⑶達到表面的電子，如果仍有足夠的能量足以克服表面勢壘對電子的束縛（即溢出功）時，即可從表面溢出。光電發(fā)射大致可分三個過程：第二十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑴光吸收系數(shù)大，以便體內(nèi)有較多的電子受到激發(fā)；⑵光電子在體內(nèi)傳輸過程中受到的能量損失小，使其溢出深度大；⑶材料的逸出功要小，使到達真空界面的電子能夠比較容易地溢出；⑷另外，作為光電陰極，其材料還要有一定的電導率，以便能夠通過外電源來補充因光電發(fā)射所失去的電子。

良好的光電發(fā)射材料應具備下述條件：第三十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日★金屬吸收效率很低；★金屬中光電子溢出深度很淺，只有幾納米；★金屬溢出功大多為大于3eV，對λ>410nm的可見光來說，很難產(chǎn)生光電發(fā)射，量子效率低；金屬材料是否滿足良好的光電發(fā)射材料的條件？第三十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日半導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?！?0年代后期，發(fā)展了負電子親和勢（NEA）光電陰極，長波可至1.6μm。第三十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

(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。光電陰極聚焦極3．電子光學系統(tǒng)第三十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

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鍵的部分。4．二次發(fā)射倍增系統(tǒng)第三十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

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輸入系統(tǒng)二次發(fā)射電子倍增器陽極5．陽極第三十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日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，在負載RL上產(chǎn)生信號電壓。第三十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日㈡、基本特性參數(shù)1．光譜響應度

PMT的光譜響應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)。第三十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日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

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。應選取暗電流較小的管子。

第三十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日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。在電路設計時，一般使用陽極伏安特性曲線來進行負載電阻、輸出電流、輸出電壓的計算。

第三十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日5.頻率響應

由于PMT是光電發(fā)射型器件，而光電發(fā)射的延遲時間≤3×10－13S，所以PMT有很高的頻率響應。6.噪聲

主要來源是光電陰極、光電發(fā)射的隨機性和各倍增極二次電子發(fā)射的隨機性，同時也與背景光或信號光中的直流分量有關。第四十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日㈢、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80V～100V，總電壓約1KV～1.3KV。第四十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

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)變化的關系為：第四十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

因倍增管中的電流與電阻鏈中的電流是并聯(lián)關系，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IR也不能太大，因為IR太大會增大電阻的功耗，加重電源負擔。當UD給定后，分壓電阻R的最大值應取決于陽極的最大平均電流，R最小值應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20KΩ～500KΩ2)電阻鏈分壓電阻的確定第四十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

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)電容器。3)并聯(lián)電容的確定第四十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

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四十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日優(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，會導致寄生電容大，匹配電纜連接復雜，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體積大而且價格高。

陰極接地的特點

第四十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日優(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高壓，屏蔽罩不能跟陰極靠得很近，至少要間隔1cm～2cm，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。陽極接地的特點第四十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

使用前應了解器件的特性。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。

使用時不宜用強光照。光照過強時，光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，重度疲勞不能恢復），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，負載電阻不宜很大，因為負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）使用注意事項第四十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日一、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、文獻檢索什么是負電子親和勢（NEA）光電陰極？原理？第四十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日三、選擇題1、關于PMT，錯誤的是（）A、使用時不宜用強光照B、抗震性好C、工作電流不宜過大D、選大負載電阻來擴展頻帶2、關于良好的光電發(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、有一定的電導率

第五十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日三、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25μA/lm，倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù)105，陽極額定電流為20μA，求允許的最大照度。

第五十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日一、光敏電阻第三節(jié)、半導體光電檢測器件第五十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

本征型半導體光敏電阻、摻雜型半導體光敏電阻第五十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日當入射光子使電子由價帶越升到導帶時，導帶中的電子和價帶中的空穴均參與導電，因此電阻顯著減小，電導增加。若連接電源和負載電阻，即可輸出電信號。第五十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

優(yōu)點：靈敏度高，工作電流大（達數(shù)毫安），光譜響應范圍寬，所測光強范圍寬，，無極性之分。

缺點：響應時間長，頻率特性差，強光線性差，受溫度影響大。主要用于紅外的弱光探測與開關控制。

第五十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日第五十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日路燈自動點熄原理圖如圖所示，分析它的工作原理。第五十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

★它是利用光生伏特效應制成的將光能轉(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、光電池第五十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日在P（N）型硅作基底，然后在基底上擴散N（P）型半導體作為受光面。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膜，即成光電池。第五十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日當光照到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。第六十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日光電檢測光電池具有光敏面積大，頻率響應高，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。第六十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日符號連接電路等效電路第六十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日三、光敏二極管第六十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日共同點：一個PN結(jié)，單向?qū)щ娦圆煌c：⑴受光面大，PN結(jié)面積更大，PN結(jié)深度較淺；⑵表面有防反射的SiO2保護層；⑶外加負偏壓；與普通二極管相比:第六十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日共同點：均為一個PN結(jié)，利用光生伏特效應，SiO2保護膜；不同點：⑴結(jié)面積比光電池的小，頻率特性好；⑵光生電勢與光電池相同，但電流比光電池小；⑶可在零偏壓下工作，更常在反偏壓下工作；與光電池相比：第六十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑴無光照時，只有熱效應引起的暗電流流過PN結(jié)；⑵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)。第六十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日

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保護膜中的雜質(zhì)正離子靜電感應。消除表面漏電流，減少暗電流和噪聲。第六十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑴光譜響應第六十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑵光照特性★隨著入射光功率的變強，則同一反向電壓下的光電流也變大?！锶肷涔夤β什蛔儠r，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。第六十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑶頻率響應①光生載流子在薄層中的擴散時間及PN結(jié)中的漂移時間（載流子的渡越時間）；②結(jié)電容和雜散電容（RC時間常數(shù)）；它是半導體光電器件中頻率響應最好的器件之一，頻率響應與下列因素有關：第七十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日★無論是光生載流子向結(jié)區(qū)擴散，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。對于擴散型二極管主要馳豫時間為光生載流子向結(jié)區(qū)擴散時間。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。

★對于不同波長的光，器件也有不同的頻率響應。波長越長的光在較深處被吸收，產(chǎn)生的少數(shù)載流子遠離PN結(jié)，需較長的擴散時間。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，擴散時間短。所以耗盡層型優(yōu)于擴散型光敏二極管。載流子的渡越時間第七十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑷溫度特性★由于反向飽和電流對溫度的強烈依賴性，光敏二極管的暗電流對溫度的變化非常敏感。第七十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日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；按對光的響應：

紫外、可見光、紅外第七十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑴PIN管

它的結(jié)構(gòu)特點是，在P型半導體和N型半導體之間夾著一層（相對）很厚的本征半導體。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七十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日①這種管子最大的特點是頻帶寬，可達10GHz。②另一個特點是，線性輸出范圍寬。③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。第七十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑵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)生的雪崩效應來工作的一種二極管。第七十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日特點：工作電壓很高，約100V～200V，接近于反向擊穿電壓。有很高的內(nèi)增益，可達到幾百。

響應速度特別快，帶寬可達100GHz，是目前響應速度最快的一種光電二極管。

缺點：噪聲大。第七十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日四、光敏三極管第七十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日第七十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日特點：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，在較強的光照下，光電流與照度不成線性關系。所以光敏三極管多用來作光電開關元件或光電邏輯元件。第八十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日五、陣列式或象限式結(jié)型光電器件利用集成電路技術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。第八十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日就目前的應用看，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。2～4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。多用于準直、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。第八十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日六、光電位置探測器（PSD）PSD是利用離子注入技術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。當入射光是一個小光斑，照射到光敏面時，其輸出則與光的能量中心位置有關。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。第八十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日一、接受光信號的方式⑴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、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用選擇第八十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑷光信號的色度差異：當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。⑶光信號的幅度大?。寒敱粶y對象因?qū)獾姆瓷渎省⑼高^率或是被測對象本身光輻射的強度變化，此時光信號幅度大小亦改變。為準確測出幅度大小的變化，必須選用線性好、響應快的器件，如PMT或光電二極管。⑵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。第八十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日二、各種光電器件的性能比較

波長響應范圍（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上升時間光電管紫外紅外小好好0.1μs大良大高光電倍增管紫外紅外小最好最好0.1μs大良大最高光敏電阻CdS400640900大差差0.2～1ms大一般中低光敏電阻CdSe3007501220大差差0.2～10ms大一般中低光電池Si4008001200最大好良0.5～100μs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2μs以下小最好最小低光電三極管同上小較好良2～100μs小良小低第八十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期日⑴在動態(tài)特性（即頻率響應與時間響應）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；⑵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；⑶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