光電探測器的性能參數(shù)

光電信號處理華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院光電探測器的性能參數(shù)1光電探測器的性能參數(shù)5/8/20241.1.3光電探測器的性能參數(shù)

光電系統(tǒng)一般都是圍繞光電探測器的性能進(jìn)行設(shè)計的，探測器的性能由特定工作條件下的一些參數(shù)來表征。2光電探測器的性能參數(shù)5/8/2024光電探測器的工作條件

光電探測器的性能參數(shù)與其工作條件密切相關(guān)，所以在給出性能參數(shù)時，要注明有關(guān)的工作條件。主要工作條件有：

1．輻射源的光譜分布

2．電路的通頻帶和帶寬

3．工作溫度

4．光敏面尺寸

5．偏置情況3光電探測器的性能參數(shù)5/8/2024一、有關(guān)響應(yīng)方面的性能參數(shù)

1．響應(yīng)率(或稱響應(yīng)度)Rv或RI2．單色靈敏度3．積分響應(yīng)度4．響應(yīng)時間

5．頻率響應(yīng)4光電探測器的性能參數(shù)5/8/20241．響應(yīng)率(或稱響應(yīng)度)Rv或RI

響應(yīng)率是描述探測器靈敏度的參量。它表征探測器輸出信號與輸入輻射之間關(guān)系的參數(shù)?！穸x：光電探測器的輸出均方根電壓Vs或電流Is與入射到光電探測器上的平均光功率之比，即：Rv＝Vs／P(V／W)RI＝Is／P(A／w)Rv和RI稱為光電探測器的電壓響應(yīng)率和電流響應(yīng)率。測量響應(yīng)率的輻射源一般是500K的黑體。使用波長為λ的單色輻射源，則稱為單色響應(yīng)率Rλ●在可見光波段，光電探測器的響應(yīng)率又稱為光電探測器的靈敏度，并分為單色靈敏度和積分靈敏度。5光電探測器的性能參數(shù)5/8/20242．單色靈敏度●單色靈敏度又叫光譜響應(yīng)度，用Rλ表示，是光電探測器的輸出電壓或輸出電流與入射到探測器上單色輻射通量(光通量)之比。即

Rλv=(V／W)

RλI=(A/W)式中，

Φ(λ)為入射的單色輻射通量或光通量。如果Φ(λ)為光通量，則Rλv的單位為V／lm。

6光電探測器的性能參數(shù)5/8/20243．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。對包含有各種波長的輻射光源，總光通量為：

●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。7光電探測器的性能參數(shù)5/8/2024●由于光電探測器輸出的光電流是由不同波長的光輻射引起的，所以輸出光電流為：

可得積分響應(yīng)度為：

式中，、、分別為光電探測器的長波限和短波限。由于采用不同的輻射源，甚至具有不同色溫的同一輻射源所發(fā)生的光譜通量分布也不相同，因此提供數(shù)據(jù)時應(yīng)指明采用的輻射源及其色溫。

8光電探測器的性能參數(shù)5/8/20244．響應(yīng)時間

●響應(yīng)時間是描述光電探測器對入射輻射響應(yīng)快慢的一個參數(shù)。即當(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。常用時間常數(shù)τ的大小來表示?！癞?dāng)用一個輻射脈沖照射光電探測器，如果這個脈沖的上升和下降時間很短，如方被，則光電探測器的輸出由于器件的惰性而有延遲，把從10％上升到90％峰值處所需的時間稱為探測器的上升時間，而把從90％下降到10％處所需的時間稱為下降時間。

9光電探測器的性能參數(shù)5/8/20245．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)。10光電探測器的性能參數(shù)5/8/2024二有關(guān)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?！癞?dāng)入射功率很低時，輸出只是些雜亂無章的變化信號，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?！袢绻麑@些隨時間起伏的電壓(流)按時間取平均值，則平均值等于零?！竦@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)。

11光電探測器的性能參數(shù)5/8/20241．信噪比(S／N)

判定噪聲大小通常使用信噪比這個參數(shù)?！裨谪?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：●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?！駥蝹€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(guān)。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。12光電探測器的性能參數(shù)5/8/20242．等效噪聲輸入(ENI)功率●定義：探測器在特定帶寬內(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輻射源的輸入通量，此時，其他參數(shù)，如頻率溫度等應(yīng)加以規(guī)定?！襁@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。

13光電探測器的性能參數(shù)5/8/20243．噪聲等效功率(NEP)

（最小可探測功率Pmin）●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：

NEP在ENI單位為瓦時與之等效。●一個良好的探測器件的NEP約為10–11W。NEP越小，噪聲越?。骷男阅茉胶?。

14光電探測器的性能參數(shù)5/8/20244．探測率D與比探測率D*●只用NEP無法比較兩個不同來源的光探測器的優(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的倒數(shù)，即：

（W-1）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)。15光電探測器的性能參數(shù)5/8/2024●顯然，D愈大，光電探測器的性能就愈好。它描述的特性是：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?！竦莾H根據(jù)探測率D還不能比較不同的光探測器的優(yōu)劣，這是因為如果兩只由相同材料制成的光電探測器，盡管內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同，但光敏面積Ad不同，測量帶寬不同，則D值也不相同。●為了能方便地對不同來源的光電探測器進(jìn)行比較，需要把探測率D標(biāo)準(zhǔn)化(歸一化)到測量帶寬為1Hz、光電探測器光敏面積為1cm2。這樣就能方便地比較不同測量帶寬、對不同光敏面積的光電探測器測量得到的探測率。

16光電探測器的性能參數(shù)5/8/2024●實驗測量和理論分析表明，對于許多類型的光電探測器來說，其噪聲電壓VN與光電探測器光敏面積Ad的平方根成正比，與測量帶寬的平方根成正比?！褚?/p>