【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 度一般比較快。 167。 光子探測(cè)器 光熱效應(yīng) :溫差電、電阻率變化、自發(fā)極化強(qiáng)度變化、 氣體體積和壓強(qiáng)變化等。 探測(cè)元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\(yùn)動(dòng)能量，引起探測(cè)元件溫度上升，溫度上升的結(jié)果又使探測(cè)元件的電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。 原則上對(duì)光波頻率沒(méi)有選擇性，響應(yīng)速度一般比較慢。 167。 光子探測(cè)器 基于光電子發(fā)射效應(yīng)的器件在吸收了大于紅外波長(zhǎng)的光子能量以后，器件材料中的電子能逸出材料表面，這各種器件稱為 外光電效應(yīng) 器件 基于光電導(dǎo)、光伏特和光電磁效應(yīng)的器件，在吸收了大于紅外波長(zhǎng)的光子能量以后，器件材料中出現(xiàn)光生自由電子和空穴，這種器件稱為 內(nèi)光電效應(yīng) 器件。 167。 光電子發(fā)射探測(cè)器 應(yīng)用光電子發(fā)射效應(yīng)制成的光電探測(cè)器稱為光電子發(fā)射探測(cè)器 在光電子發(fā)射探測(cè)器中，入射輻射的作用是使電子從光電陰極表面發(fā)射到周圍的空間中，即產(chǎn)生光電子發(fā)射。產(chǎn)生光電子發(fā)射所需光電能量取決于光電陰極的逸出功。光電子發(fā)射的能量轉(zhuǎn)換公式為 2012hm V????為使價(jià)帶中的電子能躍遷到導(dǎo)帶上，必須使入射光子的能量大于禁帶寬度 Eg，即 ? ?1 .2 4,g cggh c h c mE EE ?? ?? ? ?即使材料具有光電發(fā)射的截止波長(zhǎng) λc 1 .2 4 ()chc m???? ??167。 光電子發(fā)射探測(cè)器 圖是光電倍增管的工作原理圖。圖中 K為光電發(fā)射陰極， D為聚焦板， D1～ D10為倍增極（或打拿極）， A為收集電子的陽(yáng)極。倍增極間的電壓逐級(jí)增加，極間電壓約為 80～ 150V。 167。 光電子發(fā)射探測(cè)器 陰極在光照下發(fā)射光電子，光電子被極間電場(chǎng)加速聚焦，從而以足夠高的速度轟擊倍增極，倍增極在高速電子轟擊下產(chǎn)生更多的電子，即所謂二次電子，使電子數(shù)目增大若干倍。如此逐級(jí)倍增使電子數(shù)目大量增加，最后被陽(yáng)極收集形成陽(yáng)極電流。當(dāng)光信號(hào)變化時(shí)，陰極發(fā)射的光子數(shù)目發(fā)生相應(yīng)變化。由于各倍增極的倍增因子基本是常數(shù)，所以陽(yáng)極電流亦隨入射光信號(hào)的變化而變化。 1. 光電倍增管的工作原理 167。 光電子發(fā)射探測(cè)器 2．光電倍增管的性能 光電倍增管的性能主要由陰極和倍增極以及極間電壓決定。負(fù)電子親和勢(shì)材料是目前最好的光電陰極材料。倍增極二次電子發(fā)射特性用二次系數(shù) σ描述，即 1nnnNN? ?? σ 值主要取決于倍增極材料和極間電壓 n為倍增極級(jí)數(shù)； N為發(fā)射的電子數(shù)； σ n表示第 n級(jí)倍增每一個(gè)入射電子所能產(chǎn)生的二次電子倍數(shù)，即該級(jí)的電流增益； 如果倍增極的總數(shù)為 n，且各級(jí)性能相同，考慮到電子的傳輸損失，則光電倍增管的電流增益 M為 167。 光電子發(fā)射探測(cè)器 ? ? nAKMfi gi ???式中： iA為陽(yáng)極電流； iK為陰極電流； f為第一倍增極對(duì)陰極發(fā)射電子的收集率； g為各倍增極之間的電子傳遞效率，良好的電子光學(xué)設(shè)計(jì)可始 f、 g值在 。 n和 σ 值愈大， M值就愈高，但過(guò)多的倍增極不僅使倍增管加長(zhǎng)，而且使電子渡越效應(yīng)變得嚴(yán)重，從而嚴(yán)重影響倍增管頻率特性和噪聲特性。 σ 值主要取決于倍增極材料和極間電壓。材料一定，總電流增益與極間電壓關(guān)系密切，工作電壓微小變化將使 M值有明顯的波動(dòng)，這將使光電倍增管的工作不穩(wěn)定。但也表明，可用調(diào)整外加電壓的辦法來(lái)調(diào)整總的電流增益，從而使光電倍增管工作在最佳工作狀態(tài)。因此，要求光電倍增管電源必須是可調(diào)的電子穩(wěn)壓電源。 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 光電導(dǎo)探測(cè)器是利用 光電導(dǎo)效應(yīng) 原理工作的探測(cè)器 光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種體效應(yīng)，無(wú)需形成pn結(jié)，所以又稱為無(wú)結(jié)光電探測(cè)器。 此器件在光照下會(huì)改變自身的電阻值（光照越強(qiáng)， 器件自身的電阻越有效） 光敏電阻 一般室溫下工作，適用與可見(jiàn)光和近紅外輻射探測(cè) 本征光敏電阻： 非本征光敏電阻： 在低溫條件下工作，常用于中、遠(yuǎn)紅外輻射探測(cè) 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 組成：它由一塊涂在絕緣基底上的光電導(dǎo)材料薄膜和兩端接有兩個(gè)引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)。電極和光電導(dǎo)體之間呈歐姆接觸。 光敏電阻在電路中的符號(hào) pR167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 1）刻線式 在玻璃基片上鍍制一層薄的金屬箔，將其刻劃成柵狀槽，然后在槽內(nèi)填入光敏電阻材料層后制成。其結(jié)構(gòu)如下圖所示 2）涂膜式 在玻璃基片上直接涂上光敏材料膜后而制成。其結(jié)構(gòu)下圖 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 3）梳狀式 以 CdS光敏電阻為例 摻雜半導(dǎo)體薄膜沉積在絕緣基底上，然后薄膜面鍍 Au或 Cu等金屬，形成一定形狀的電極（梳狀），這種結(jié)構(gòu)使得間距很近，電極間具有較大的光敏面積，從而獲得較高的靈敏度，為了防止潮濕對(duì)靈敏度的影響，整個(gè)管子采用密封結(jié)構(gòu)。 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 2. 光敏電阻的工作特性 1）光敏響應(yīng)特性 電導(dǎo)探測(cè)器的光譜響應(yīng)特性，主要由材料和工藝過(guò)程 決定，不同的材料，其光敏響應(yīng)特性不同。 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 光譜特性曲線覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)，峰值波長(zhǎng)在 515～ 600nm之間。尤其硫化鎘的峰值波長(zhǎng)與人眼的很敏感的峰值波長(zhǎng)（ 555nm）是很接近的，因此可用于與人眼有關(guān)的儀器，例如照相機(jī) 、 照度計(jì) 、 光度計(jì) 等。 可見(jiàn)光區(qū)光敏電阻的光譜特性 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 2. 光敏電阻的工作特性 2）光照特性 在一定的偏置電壓條件下，光敏電阻的光照特性呈非線性關(guān)系。 回路電流 rPkui ?? 非線性關(guān)系 u光敏電阻兩端電壓 ? ?： 光照指數(shù) ：電壓指數(shù) 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 2. 光敏電阻的工作特性 光照特性曲線 在低偏壓，弱光照條件下， α＝ 1， γ＝ 1 k u pi ?（ i－ p關(guān)系呈線性關(guān)系） 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 2. 光敏電阻的工作特性 3）穩(wěn)定性 光電導(dǎo)探測(cè)器的光學(xué)性能和電學(xué)性能受溫度影響較大，隨溫度升高有的亮阻上升，有的下降，通常用光電導(dǎo)探測(cè)器的溫度系數(shù)來(lái)衡量這一性能： %100)(12112 ????TTRRRTc不同材料的器件，光電導(dǎo)探測(cè)器有不同的溫度系數(shù)，一般來(lái)說(shuō)，在弱光照和強(qiáng)光照時(shí) Tc較大，中等光照時(shí)較小。 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 3. 光電轉(zhuǎn)換規(guī)律 圖中 V表示外加偏置電壓， l、 b和 d分別表示 n型半導(dǎo)體得三維尺 寸，光功率 P在 x方向均勻入射，假定光電導(dǎo)材料的吸收系數(shù)為 α， 表面反射率為 R，則光功率在材料內(nèi)部沿 x方向的變化規(guī)律為 ? ? ? ?1xP x P Re ????相應(yīng)的光生面電流密度 j(x)為 ? ? ? ?j x e v n x?式中 e為電子電荷， v為電子在外電場(chǎng)方向的漂移速度， n（ x）為在 x處的電子密度。 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 流過(guò)電極的總電流為 ? ? ? ?00ddi j x b d x e v b n x d x????穩(wěn)態(tài)下，電子 產(chǎn)生率＝復(fù)合率 ，可求出 n(x)。若電子的平均壽命為 τ ，則電子的復(fù)合率為 n(x)/τ ，而電子的產(chǎn)生率等于單位面積、單位時(shí)間吸收的光子數(shù)乘以量子效率 η ，得 ? ? ? ?1xRPnx h b l e?? ? ?????τ 為電子的平均壽命， η 為量子效率 39。ei M Ph???? ? 039。1 d xR d xe ?? ?? ??? ?2nVMl???有效量子效率 M為電荷放大系數(shù) M為電荷放大系數(shù)， un是電子遷移率， V為外加偏壓， l為結(jié)構(gòu)尺寸。 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 4. 光電導(dǎo)探測(cè)電路 電路中的參數(shù) Vb和 RL均會(huì)影響輸出信號(hào)的電壓值，那么，如何選擇Vb和 RL？ 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 從圖可見(jiàn)，負(fù)載電阻 RL兩端的直流壓降為 LLbLdRRVVRR? ?當(dāng)光輻射照到探測(cè)器上時(shí)，探測(cè)器電阻 Rd就發(fā)生變化，負(fù)載電阻RL兩端壓降也就發(fā)生變化，這個(gè)電壓的變化量就是信號(hào)電壓 Vs ? ? 2L LddsbdRLdV RVV RRR RR? ? ?? ??? ?? ? 2 12dsb LLdL LdVV R RR RRRR??? ? ??? ???? ?? ?當(dāng)上式等于 0時(shí)，有 RL＝ Rd，信號(hào)電壓為極大值。 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 從電路圖可見(jiàn)，在偏壓 Vb作用下，通過(guò)探測(cè)器電流 I為 bLdI VRR? ?2 dP IR?? ?2m a xbddLdVA RRR? ?? ?12m a x20 .1b LdddRRVAR??? ?????Vb,max并不是最佳偏壓。 在探測(cè)器上消耗的功率 P為 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)－探測(cè)器的功耗不應(yīng)超過(guò) ，若探測(cè)器的面積為Ad，則消耗功率不應(yīng)超過(guò) ，與最大允許電壓關(guān)系為： 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 信號(hào)、噪聲電壓隨偏流變化圖 信號(hào)電壓呈線性增長(zhǎng)直到接近 額定消耗功率為止。 從噪聲電壓圖線看，在偏流較 低時(shí)，噪聲電壓沒(méi)有信號(hào)電壓 增長(zhǎng)得快；偏流較大時(shí)，噪聲 電壓比信號(hào)電壓增長(zhǎng)得快，因 而信噪比曲線出現(xiàn)極值狀態(tài)。 但曲線變化比較平緩，信噪比 較大且范圍寬； 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 光電導(dǎo)探測(cè)器按晶體結(jié)構(gòu)可分為多晶和單晶兩類。多晶類多是薄 膜型器件，如 PbS、 PbSe、 PbTe等，單晶類中常見(jiàn)的有銻化銦 （ InSb）、碲鎘汞（ HgCdTe）、碲錫鉛和摻雜型幾種。 （ 1） CdS和 CdSe 低造價(jià)的可見(jiàn)光輻射探測(cè)器 （ CdS： ～ ， CdSe：～ ） 。 它們的主要特點(diǎn)是高可靠性和長(zhǎng)壽命 ， 因而廣泛用于自動(dòng)化技術(shù)中 。 光電導(dǎo)增益比較高 (103～ 104)響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng) (大約 50ms) （ 2） PbS：近紅外輻射探測(cè)器 在室溫條件下探測(cè)靈敏度最高的一種紅外探測(cè)器 ， 室溫下的禁帶寬度為 ， 相應(yīng)的長(zhǎng)波限為 3μm。 響應(yīng)時(shí)間約 20100μs ， 廣泛用于遙感技術(shù)和武器紅外制導(dǎo)技術(shù) 167。 光電導(dǎo)探測(cè)器 （ 3） PbTe。 在常溫下對(duì) 4μm以內(nèi)的紅外光靈敏，冷卻到 90K，可在 5μm范圍 內(nèi)使用。響應(yīng)時(shí)間約為 10－ 4～ 10－ 5s。 （ 4） InSb 這也是一種良好的近紅外 （ 峰值波長(zhǎng)約為 6μm） 輻射探測(cè)器；在