光電探測(cè)器的物理基礎(chǔ)-資料下載頁
2025-01-13 06:35本頁面
【正文】 入射輻射會(huì)使反向電流增加，這時(shí)觀測(cè)到的光電信號(hào)是光電流。加偏壓工作的探測(cè)器是光電二極管等。 （ 4） 常用器件 光電池 、 光電二極管 、 光電三極管 、 雪崩光電二極管 (APD)、PIN光電二極管 ? 它是一種 選擇性 探測(cè)器，要產(chǎn)生光子效應(yīng)，光子的能量要超過某一確定的值，即光子的 波長要短于長波限 。波長長于長波限的入射輻射不能產(chǎn)生所需的光子效應(yīng)，因而也就不能被探出來。 ? 另一方面，波長短于長波限的入射輻射，當(dāng)功率一定時(shí)，波長愈短，光子數(shù)就愈少。因此理論上 光子探測(cè)器的響應(yīng)率 (即單位輻射功率所產(chǎn)生的光信號(hào) )應(yīng) 與波長成正比 。 二、熱探測(cè)器 ? 熱敏效應(yīng) ? 熱探測(cè)器對(duì)輻射的響應(yīng)和光子探測(cè)器不同 。 它基于材料吸收了光輻射能量以后 溫度升高的現(xiàn)象 ， 這一現(xiàn)象稱為 熱敏效應(yīng) 。 ? 熱敏效應(yīng)的機(jī)理 是入射光輻射與物質(zhì)中的晶格相互作用 ， 晶格因吸收光能而增加振動(dòng)能量 ，這又引起物質(zhì)的溫度上升 ， 從而導(dǎo)致 與溫度有關(guān)的材料的某些物理性質(zhì)的變化 。 ? 特點(diǎn) ? 與光電效應(yīng)有本質(zhì)的不同。 光熱效應(yīng)與入射輻射的光子的性質(zhì)沒有關(guān)系 。因此，熱效應(yīng)一般與波長無關(guān)，即光電信號(hào)取決于入射輻射功率而與入射輻射的光譜成份無關(guān)，即 對(duì)光輻射的響應(yīng)無波長選擇性 ， ? 這是在假定了輻射的吸收機(jī)理本身與波長無關(guān)時(shí)成立。但是在大多數(shù)情況下，這一假定并不嚴(yán)格成立。 ? 光熱效應(yīng)可以產(chǎn)生溫差電效應(yīng)、電阻率變化效應(yīng)、自發(fā)極化強(qiáng)度的變化效應(yīng)、氣體體積和壓強(qiáng)的變化效應(yīng)等等。利用這些效應(yīng)可制作各種 熱探測(cè)器 。 ? 熱電效應(yīng) ：電阻溫度效應(yīng)、溫差電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)。 1 測(cè)輻射溫差熱電偶和熱電堆 （ 1） 溫差電效應(yīng) ?當(dāng)由 兩種不同材料 制成的 兩個(gè)結(jié)點(diǎn) 出現(xiàn) 溫差 時(shí) ，在該兩點(diǎn)間就有 電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生 ， 通過這兩點(diǎn)的閉合回路中就有電流流過 ， 這個(gè)現(xiàn)象稱為溫差電效應(yīng) 。 ?溫差電效應(yīng)： 塞貝克效應(yīng) 、 珀耳帖效應(yīng) 和 湯姆遜效應(yīng) 。 （ 2） 塞貝克 (seebeck)效應(yīng) ： ? 當(dāng)由 兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 組成閉合回路的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)置于不同溫度 (兩結(jié)點(diǎn)間的溫差為 Δ T)時(shí)，在兩點(diǎn)之間就產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)；這個(gè)電動(dòng)勢(shì)在閉合回路中引起連續(xù)電流，這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng) 。 ? 其產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電動(dòng)勢(shì)或塞貝克電動(dòng)勢(shì)； ? 上述回路稱為 熱電偶 ； ? 產(chǎn)生塞貝克電動(dòng)勢(shì)的原因：是由于受熱不均勻的兩結(jié)點(diǎn)的 接觸電位差 不同所致。 （ 3） 測(cè)輻射熱電堆 ? 為了增加信號(hào)電壓，測(cè)輻射 熱電偶 可 串聯(lián)成 測(cè)輻射 熱電堆 。 ? 測(cè)輻射熱電堆常常是在襯底上蒸上一層金屬膜，然后再蒸上第二種材科與第一層膜部分重疊，從而形成若干接觸點(diǎn)。雖然測(cè)輻射熱電偶和熱電堆的光電信號(hào)要比許多種光子探測(cè)器弱，但它們 牢固 ，而且 不需要電偏置和致冷 ，故有不少應(yīng)用。 （ 1） 測(cè)輻射熱計(jì) ?電阻溫度效應(yīng)原理 ：當(dāng)吸收光輻射而溫度升高時(shí) ，金屬的電阻會(huì)增加 ， 而半導(dǎo)體材料的電阻會(huì)降低 。 ?從材料電阻變化可測(cè)定被吸收的光輻射功率 。 利用材料的電阻變化制成的熱探測(cè)器就是 電阻測(cè)輻射熱計(jì) 。 ? 材料的電阻與溫度的關(guān)系可用材料的 電阻溫度系數(shù) α T來表征 。 （ 2） 電阻溫度系數(shù) α T 材料溫度從 T改變到了 T+Δ T， 材料的阻值改變量 為 ： Δ R=α TRΔ T 當(dāng) Δ T足夠小時(shí)，則有： dR = α T RdT 由此得到： α T = ? 電阻溫度系數(shù) α T與材料的種類和溫度有關(guān) 。 ? 在室溫下金屬材料的 α T約為 。 半導(dǎo)體材料的 α T值約為 ； 比金屬材料的 α T值大一個(gè)數(shù)量級(jí) 。 dTdRR1 —— 熱釋電效應(yīng) ? 某些晶體 (如硫酸三甘肽 — TGS、鈮酸鋰 — LiNbO鈮酸鍶鋇 — SBN等晶體 )受光照射時(shí)溫度升高，從而在晶體的特定方向上由于 自發(fā)極化 隨溫度變化而引起 表面電荷的變化 。這種現(xiàn)象稱為 熱釋電效應(yīng) 。 ? 熱釋電探測(cè)器由 熱釋電晶體 制成。 ? 當(dāng) 強(qiáng)度調(diào)制過 的光輻射投射到熱釋電晶體上時(shí)，引起自發(fā)電極化強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，結(jié)果在垂直于極化方向的晶體兩個(gè)外表面之間出現(xiàn)微小變化的信號(hào)電壓，由此可測(cè)定所吸收的光輻射功率。 ? 所有熱探測(cè)器，在理論上對(duì)一切波長都具有相同的響應(yīng)，因而 是非選擇性探測(cè)器 。這和光子探測(cè)器在光譜響應(yīng)上的主要區(qū)別。 ? 熱探測(cè)器除低溫測(cè)輻射熱器外 一般無需致冷 。 ? 熱探測(cè)器的 響應(yīng)時(shí)間比光子探測(cè)器長 ，（取決于熱探測(cè)器熱容量的大小和散熱的快慢）
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