光電檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)ppt課件-資料下載頁
2025-05-06 04:15本頁面
【正文】 41 積分響應(yīng)度 S 表示檢測(cè)器對(duì)各種波長(zhǎng)的輻射光連續(xù)輻射通量的反應(yīng)程度，光電檢測(cè)器件輸出的電流或電壓與入射光通量之比。 各種輻射波長(zhǎng)的總光通量為： Φ=? 不同波長(zhǎng)光輻射引導(dǎo)的總輸出光電流 Io=? 則積分響應(yīng)度 S=？ 式中 λ 0和 λ 1分別為光電檢測(cè)器的長(zhǎng)波限和短波限。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 42 響應(yīng)時(shí)間 τ： 響 應(yīng)時(shí)間是描述光電檢測(cè)器對(duì)入射輻射響應(yīng)快慢的參數(shù)。即入射光輻射到檢測(cè)器后或入射光被遮斷后，光電檢測(cè)器件輸出上升到穩(wěn)定值或下降到照射前的值所需要的時(shí)間。 當(dāng) 一個(gè)輻射脈沖照射光電檢測(cè)器時(shí)，如果這個(gè)脈沖上升和下降時(shí)間很短，則光電檢測(cè)器由于惰性而有延遲。 上升時(shí)間 τr和 下降時(shí)間 τf 矩形光脈沖 入射光 t O τr τf I光 t O 1 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 43 頻率響應(yīng) S(f)： 由于光電檢測(cè)器信號(hào)的產(chǎn)生和消失存在著一個(gè)滯后過程，所以入射光輻射的頻率對(duì)光電檢測(cè)器的響應(yīng)將有很大的影響，把光電檢測(cè)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)。 利用時(shí)間常數(shù)可得到頻率響應(yīng)關(guān)系： S(f)=S0/[1+(2πfτ)2]1/2 S0為頻率是零時(shí)的響應(yīng)度； τ為時(shí)間常數(shù)。 可求得放大器的上限截止頻率： f上 =1/2πτ =1/2π RC 可見： 光電檢測(cè)器電路時(shí)間常數(shù)決定了頻率響應(yīng)帶寬 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 44 熱噪聲： 當(dāng)入射輻射功率很低時(shí)，輸出只是些雜亂無章的變化信號(hào)，無法肯定是否為入射輻射信號(hào)，這是檢測(cè)器固有的噪聲引起的。其時(shí)間平均值為零，但均方根不等于零，即存在瞬時(shí)電流擾動(dòng)。這個(gè)均方根電壓（或電流）即為噪聲電壓（流）。熱噪聲是由載流子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)造成的。 熱噪聲電壓和電流均方值為： U=4kTRΔ f I=4kT(Δ f/R) 其中 R為導(dǎo)體電阻， k為玻耳茲曼常數(shù)， T為導(dǎo)體的熱力學(xué)溫度，Δ f為測(cè)量系統(tǒng)的噪聲帶寬。 熱 噪聲存在于任何電阻中，與溫度成正比，與頻率無關(guān)，說明熱噪聲是由各種頻率分量組成，可稱為白噪聲。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 45 散粒噪聲： 或稱散彈噪聲，即穿越勢(shì)壘的載流子的隨機(jī)漲落（統(tǒng)計(jì)起伏）所造成的噪聲。 理 論表明，在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)，穿越勢(shì)壘區(qū)的載流子數(shù)或從陰極到陽極的電子數(shù)都在一個(gè)平均值上下起伏。這種起伏引起的均方噪聲電流為： I=2qIDCΔ f 其中 IDC為流過器件電流的直流分量（平均值） ,q為電子電荷， 散粒噪聲也屬于白噪聲。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 46 信噪比（ S/N）： 信噪比是判斷噪聲大小通常使用的參數(shù)。它是在負(fù)載電阻 RL上產(chǎn)生的信號(hào)功率與噪聲功率比。 S/N=PS/PN=IS2RL/IN2RL=IS2/IN2 用分貝（ dB）表示： （ S/N)dB=10lg(IS2/IN2)=20lg(IS/IN) S/N的大小與入射信號(hào)輻射功率及接收面積有關(guān)，入射輻射強(qiáng)，接收面積大，則 S/N就大。但性能不一定就好，對(duì)兩種光電器件只有在相同信號(hào)輻射功率相同情況下才能比較。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 47 線性度（非線性誤差 δ ）： 線性度是描述光電檢測(cè)器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)保持線性關(guān)系的，即在規(guī)定范圍內(nèi)，光電檢測(cè)器的輸出電量正比于輸入光量的性能。光電檢測(cè)器件的響應(yīng)度是常數(shù)的范圍稱為線性區(qū)。 δ =Δ max/(I2I1) 實(shí)線為實(shí)際響應(yīng)曲線 虛線為擬合直線 Φ I O I2 I1 光 電檢測(cè)器線性區(qū)的大小與檢測(cè)器后電子線路有很大關(guān)系：線性區(qū)的 下限 一般由光電器件的暗電流和噪聲因素決定， 上限 由飽和效應(yīng)或過載決定。還隨偏置、輻射調(diào)制及調(diào)制頻率等條件的變化而變化。 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 48 工作溫度： 光 電檢測(cè)器的工作溫度是最佳工作狀態(tài)時(shí)的溫度，是光電檢測(cè)器重要的性能參數(shù)之一。 光 電檢測(cè)器工作溫度不同，工作性能將會(huì)有所變化。 例如 HgCdTe（汞鎘碲）檢測(cè)器在液氮溫度時(shí)，有較高的信噪比，而鍺摻銅光電導(dǎo)器件在 4K左右時(shí)，有較高的信噪比；如果溫度升高，它們的性能會(huì)逐漸變差，以致無法使用。 又如 InSb（銻化銦）器件，工作溫度在 300K，長(zhǎng)波限為 ，峰值波長(zhǎng)在 6um，工作溫度為 77K時(shí)，長(zhǎng)波限為，峰值波長(zhǎng)為 5um，變化明顯。 對(duì)于熱電檢測(cè)器，環(huán)境檢測(cè)工作溫度變化會(huì)使 響應(yīng)度和 熱噪聲 發(fā)生變化， 2022/6/3 光信息科學(xué)與技術(shù)系 49 作業(yè)思考題 ? 簡(jiǎn)述光生伏特效應(yīng)的工作原理，為什么光生伏特效應(yīng)器件比光電導(dǎo)效應(yīng)器件有更快的響應(yīng)速度。 ? 比較光電效應(yīng)和光熱效應(yīng)在作用機(jī)理、性能及應(yīng)用特點(diǎn)等方面的差異。
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