【正文】 )1/2 (3–1)式中 A（ω） 表示歸一化后的幅頻特性；ω=2π? 為調(diào)制圓頻率；? 為調(diào)制頻率；τ為響應(yīng)時(shí)間。在實(shí)驗(yàn)中可以測(cè)得探測(cè)器的輸出電壓 V(ω)為V（ ω）= V0 / (1+ω2τ2 )1/2 (3–2)式中 V0 為探測(cè)器在入射光調(diào)制頻率為零時(shí)的輸出電壓。這樣，如果測(cè)得調(diào)制頻率為 ?1 時(shí)的輸出信號(hào)電壓 V1 和調(diào)制頻率為 ?2 時(shí)的輸出電壓信號(hào) V2 ，就可由下式確定響應(yīng)時(shí)間τ=1/2π[(V12V22)/（(V2f2)2(V1f1) 2）]1/2 (3–3)為減小誤差，V1 與 V2 的取值應(yīng)相差 10％以上。由于許多光電探測(cè)器的幅頻特件都可出式(3—1)描述，人們?yōu)榱烁奖愕乇硎具@種特性，引出截止頻率 ?c。它的定義是中輸出信號(hào)功率降至超低頻一半時(shí)，即信號(hào)電壓降至超低頻信號(hào)電壓的 ％時(shí)的調(diào)制頻率。故 ?c 頻率點(diǎn)又稱為三分貝點(diǎn)或拐點(diǎn)。由式(3— 1)可知33 (3–4)????=12πτ實(shí)際上，用截止頻率描述的時(shí)間特性是由式(4—1)定義的 τ參數(shù)的另—種形式。在實(shí)際測(cè)量中，對(duì)入射輻射調(diào)制的方式可以是內(nèi)調(diào)制，也可以是外調(diào)制。外調(diào)制是用機(jī)械調(diào)制盤在光源外進(jìn)行調(diào)制，因這種方法在使用時(shí)需要采取穩(wěn)頻措施，而且很難達(dá)到很高的調(diào)制頻率，因此不適用于響應(yīng)速度很快的光電探測(cè)器，所以具有很大的局限性。內(nèi)調(diào)制通常采用快速響應(yīng)的電致發(fā)光元件作輻射源。采取電調(diào)制的方法可以克服機(jī)械調(diào)制的不足，得到穩(wěn)定度高的快速調(diào)制。 實(shí)驗(yàn)儀器光電探測(cè)器時(shí)間常數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)箱；20M 的雙蹤示波器；毫伏表。在光電探測(cè)器時(shí)間常數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)箱中，提供了需測(cè)試兩個(gè)光電器件峰值波長(zhǎng)為900nm 的光電二極管和可見(jiàn)光波段的光敏電阻。所需的光源分別由峰值波長(zhǎng)為 900nm的紅外發(fā)光管和可見(jiàn)光(紅)發(fā)光管來(lái)提供。光電二極管的偏壓與負(fù)載都是可調(diào)的，偏壓分 5V、10V、15 V 三擋，負(fù)載分 100 毆姆 、1k 毆姆、10k 毆姆、50k 毆姆和 100k 毆姻五檔。根據(jù)需要，光源的驅(qū)動(dòng)電源有脈沖和正弦波兩種，并且頻率可調(diào)。圖 響應(yīng)時(shí)間測(cè)試裝置框圖下面簡(jiǎn)要介紹 CS1022 型示波器的外觸發(fā)工作方式和 10％到 90％的上升響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試方法。1. 外觸發(fā)同步工作方式 當(dāng)示波器的觸發(fā)源選擇 ext 檔時(shí)，CS1022 型示波器右下角的外觸發(fā)輸入插座上的輸入信號(hào)成為觸發(fā)信號(hào)。在很多應(yīng)用方面，外觸發(fā)同步更為34適用于波形觀測(cè)，這樣可以獲得精確的觸發(fā)而與饋送到輸入插座 CH1 和 CH2 的信號(hào)無(wú)關(guān)。因此，即使當(dāng)輸入信號(hào)變化時(shí)，也不需要再進(jìn)一步觸發(fā)。2. 10％到 90％的上升響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試 將信號(hào)加到 CH1 輸入插座，置垂直方式于 CH1。用 V/div 和微調(diào)旋鈕將波形 峰峰值調(diào)到 6div。 用▲/▼ 位旋鈕和其他旋鈕調(diào)節(jié)波形，使其顯示在屏幕垂直中心。將 t/div 開關(guān)調(diào)到盡可能快的檔位，能同時(shí)觀測(cè) 10％和 90％兩個(gè)點(diǎn)。將微調(diào)置于校準(zhǔn)檔。用?/? 位旋鈕調(diào)節(jié) 10％點(diǎn)，使之與垂直刻度線重合，測(cè)量波形上 10％到 90％點(diǎn)之間的距離（div） 。將該值乘以 t/div，如果用“10 擴(kuò)展” 方式，再乘以 1/10。請(qǐng)正確使用 10％、90％線。在 CS1022 型示波器上，每個(gè)0％、10％、90％、100％測(cè)量點(diǎn)都標(biāo)記在示波器屏幕上。使用公式：上升響應(yīng)時(shí)間 tr=水平距離為 4（div）t/div 檔位“10 擴(kuò)展” 的倒數(shù)（1/10 ） 。 用??位移紐調(diào)到垂直刻度線10030100響應(yīng)時(shí)間圖 上升響應(yīng)時(shí)間測(cè)量舉例【舉例】例如，水平距離為 4div，t/div 是 2μs（見(jiàn)圖 32） 。帶入給定值：上升響應(yīng)時(shí)間 =（div）2 （μs ）=8μs ???? 實(shí)驗(yàn)步驟 用脈沖法測(cè)量光電二極管的響應(yīng)時(shí)間35首先要將本實(shí)驗(yàn)箱面板上的“偏壓” 檔和“負(fù)載”分別選通一組。然后將 “波形選擇”開關(guān)撥至脈沖檔， “探測(cè)器選擇 ”開關(guān)撥至光電二極管檔，此時(shí)在 “輸入波形”的二極管處（黃導(dǎo)線）應(yīng)可觀測(cè)到方波，由“輸出” 處引出的輸出線 (白導(dǎo)線)即可得到光電二極管的輸出波形，其頻率可通過(guò)“頻率調(diào)節(jié)” 處的方波旋鈕來(lái)調(diào)節(jié)。然后按照要求分別測(cè)量一定偏壓下不同負(fù)載時(shí)其響應(yīng)時(shí)間及一定負(fù)載下不同偏壓時(shí)其響應(yīng)時(shí)間。選定負(fù)載為 10 kΩ，按照下表改變其偏壓。觀察并記錄在零偏(不選偏壓即可)及不同反偏下光電二極管的響應(yīng)時(shí)間，并填入表 3—l。表 硅光電二極管的響應(yīng)時(shí)間與偏置電壓的關(guān)系偏置電壓 E/V 0 5 10 15響應(yīng)時(shí)間 tr/ms（2）在反向偏壓為 15V 時(shí)，改變探測(cè)器的偏置電阻，觀察探測(cè)器在不同偏置電阻時(shí)的脈沖響應(yīng)時(shí)間。記錄填入表 3—2。表 硅先電二極管的響應(yīng)時(shí)同與負(fù)載電阻的關(guān)系負(fù)載電阻 RL/Ω 00 1K 10K 50K 100K響應(yīng)時(shí)間 tr/ms 光敏電阻所加偏壓力 15V，負(fù)載是 10k，是不可調(diào)的。故 “偏壓”檔和負(fù)載擋在此時(shí)不起作用。將實(shí)驗(yàn)箱面板上“ 波形選擇 ”開關(guān)撥至脈沖檔， “探測(cè)器選擇”開關(guān)撥至光敏電阻擋，此時(shí)由“輸入波形 ”的光敏電阻處（黃導(dǎo)線）應(yīng)可觀測(cè)到方波，由“輸出”處引出的輸出線 (青導(dǎo)線 ) 即可得到光敏電阻的輸出波形，調(diào)節(jié)“ 頻率調(diào)節(jié)” 旋鈕使頻率為 20Hz，測(cè)出其響應(yīng)時(shí)間并記錄。 CdSe 光敏電阻的響應(yīng)時(shí)間(1)將本實(shí)驗(yàn)箱面板上“ 波形選擇”開關(guān)撥至正弦檔， “探測(cè)器選擇”開關(guān)撥至光敏電阻擋，此時(shí)由“ 輸人波形” 的光敏電阻處（紅導(dǎo)線）應(yīng)可觀測(cè)到輸入的正弦波形 由“輸出”處引出的輸出線( 青導(dǎo)線) 即可得到光敏電阻的輸出波形，其頻率可通過(guò)改變“頻率調(diào)節(jié)”36處的正弦旋鈕來(lái)調(diào)節(jié)。然后改變光波信號(hào)頻率，測(cè)出不同頻率下 CdSe 的輸出電壓(至少測(cè)三個(gè)頻率點(diǎn))并記錄，計(jì)算出其響應(yīng)時(shí)間。 CdSe 光敏電阻的響應(yīng)時(shí)間 將本實(shí)驗(yàn)箱面板上“ 波形選擇 ”開關(guān)撥至正弦檔， “探測(cè)器選擇“開關(guān)撥至光敏電阻檔，此時(shí)由”輸入波形 “的光敏電阻處（紅導(dǎo)線）應(yīng)可觀測(cè)到輸入的正弦波形，由“輸出”處引出的輸出線（青導(dǎo)線）即可得到光敏電阻的輸出波形，其頻率可通過(guò)改變“頻率調(diào)節(jié)”處的正弦旋鈕來(lái)調(diào)節(jié)。改變正弦波的頻率，可以發(fā)現(xiàn)隨著調(diào)制頻率的改變，CdSe 負(fù)載電阻兩端的信號(hào)電壓將發(fā)生變化。測(cè)出其衰減到超低頻的 %時(shí)（即 3 分貝處）的調(diào)制頻率 ?c，并確定響應(yīng)時(shí)間 τ。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 硅光電二極管的響應(yīng)時(shí)間與偏置電壓的關(guān)系偏置電壓 E/V 0 5 10 15響應(yīng)時(shí)間 / s 由圖表可見(jiàn)：硅光電二極管的響應(yīng)時(shí)間隨著其上所加偏壓的升高而減低，偏壓趨于零時(shí)趨向于無(wú)窮大。1. 2 硅先電二極管的響應(yīng)時(shí)同與負(fù)載電阻的關(guān)系負(fù)載電阻 /Ω???? 500 1K 10K 50K 100K37響應(yīng)時(shí)間 / s 由圖表可見(jiàn)硅光電二極管的響應(yīng)時(shí)間隨著負(fù)載電阻的增大而增大，呈非線性關(guān)系。2. 用脈沖法測(cè)量光敏電阻的負(fù)載響應(yīng)時(shí)間測(cè)出其響應(yīng)時(shí)間為 3. 不同頻率下 CdSe 的輸出電壓頻率/Hz 20 50 100 300 1000輸出電壓/V 20 取 頻率/Hz 50 100輸出電壓/V 計(jì)算得響應(yīng)時(shí)間為 4. 隨著調(diào)制頻率的升高，CdSe 負(fù)載電阻兩端的信號(hào)電壓逐漸減小。把正弦波波率調(diào)到最小時(shí)，頻率為 ，對(duì)應(yīng)的 CdSe 負(fù)載電阻兩端的信號(hào)電壓為 ，逐漸調(diào)高正弦波頻率，觀察信號(hào)電壓衰減到超低頻的 %（即 3 分貝處） ，即 時(shí)，讀出調(diào)制頻率 ?c 為 。代入????=12πτ38計(jì)算得響應(yīng)時(shí)間 τ為 結(jié) 論為提高光電探測(cè)器的響應(yīng)速度，相關(guān)工作者前赴后繼，朝著不同的方向努力，取得了巨大的成果，有力地推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。如 PIN 光電二極管和雪崩光電二極管等，思路不一而足。基于 PN 結(jié)光電二極管的原始模型來(lái)看，努力的方向是減小三方面的時(shí)間：①光生載流子在耗盡層附近的擴(kuò)散時(shí)間；②光生載流子在耗盡層內(nèi)的漂移時(shí)間；③與負(fù)載電阻 并聯(lián)的結(jié)電容 所決定的電路時(shí)間常數(shù)。PIN 光電二極管在 PN 結(jié)加入本征半導(dǎo)體???? ????是為了縮短載流子的擴(kuò)散時(shí)間，加寬耗盡層以減小結(jié)電容，縮短電路時(shí)間常數(shù)，同時(shí)也有利于提高量子效率。不過(guò)耗盡層增加時(shí)又增加了載流子的渡越時(shí)間，反過(guò)來(lái)又降低了響應(yīng)速度。減小結(jié)電容的另一個(gè)方法是減小結(jié)面積，這也有利于暗電流的減小。最小結(jié)面積收到與之耦合的光纖尺寸的限制。從理論分析和實(shí)驗(yàn)討論結(jié)果可知:硅光電二極管的響應(yīng)時(shí)間與其上所加反向偏壓和所接負(fù)載有關(guān)，在未擊穿 PN 結(jié)的情況下，偏壓越高，響應(yīng)時(shí)間越短；負(fù)載電阻越小，響應(yīng)時(shí)間越短。所以在選用負(fù)載時(shí)盡可選用電阻小的外圍電路。光敏電阻的隨入射光的照度、所加電壓、負(fù)載電阻及前歷時(shí)間而變，一般來(lái)說(shuō)，照度愈強(qiáng)，響應(yīng)時(shí)間愈短；負(fù)載電阻愈大，上升時(shí)間愈短、下降時(shí)間愈長(zhǎng)；暗處放置時(shí)間愈長(zhǎng)，響應(yīng)時(shí)間也相應(yīng)愈長(zhǎng)。實(shí)際應(yīng)用中，盡量提高使用照明度，降低所加電壓，施加適當(dāng)偏置光照，使光敏電阻不是從完全暗狀態(tài)開始受光照，都可以使光敏電阻的時(shí)間響應(yīng)特性得到一定改善。39參 考 文 獻(xiàn)[1] [M].北京：電子工業(yè)出版社，2022：243247.[2]郭培源，[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2022:166.[3]安毓英，[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2022：:3120.[4], sensitivity and fast response hydrogen sensors based on electrochemically etched porous titania thin films[J].Sensors and Actuators B 115(2022)403–411[5]Jamie Stuart Laird,Toshio Hirao,Shinobu Onoda,Tomihiro Kamiya .The role of highinjection effects on the transient ion beam induced current response of highspeed photodetectors[J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 219–220(2022)1015–1021 [6]J. Hecht 著，賈東方 等 譯. 光纖光學(xué)[M]. 北京：人民郵電出版社，2022:205216.[7]張永林，[M].北京：高等教育出版社，2022:53125.[7]劉增基，周洋溢，胡遼林，任光亮，[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2022:6067.[9]郝曉劍，[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2022：4591.[10]浦昭邦，趙輝 .光電探測(cè)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022:4896.[11], .ultravioletsensitive photodetector with high electricalgain,fast response,and low noise[J].Sensors and Actuators 86 ?2022. 66–72 [12]趙遠(yuǎn)，張宇 .光電信號(hào)檢測(cè)原理與技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022：5395.[13]曾光宇，張志偉，[M].北京：清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2022:5597.[14]雷玉堂.《 光電檢測(cè)技術(shù)》習(xí)題與實(shí)驗(yàn)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2022:130136.[15],?,˙nas, . Concept design of a UV lightemitting diode based luorescence sensor for realtime bioparticle detection[J]. Sensors and Actuators B 148(2022)371–3740致 謝至此，畢業(yè)論文終于基本宣告完成，我衷心感謝 X 老師耐心講解和悉心指導(dǎo)。初次著手畢業(yè)論文設(shè)計(jì)時(shí)，茫然無(wú)措，不知從何下手，在您的講解下，我確定了實(shí)驗(yàn)研究的范疇，在您的指引下，我理清實(shí)驗(yàn)研究的路徑，在您的關(guān)心下，我逐步完成畢業(yè)論文的撰寫。您一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)是我的榜樣，耐心平和的待人態(tài)度也將督促我日后的成長(zhǎng)。同時(shí)也非常感謝和我并肩作戰(zhàn)的同學(xué)們，在難得的四年大學(xué)時(shí)光里共同奮斗。感謝家庭對(duì)我學(xué)業(yè)的支