光電檢測技術(shù)基礎ppt課件(參考版)
2025-05-09 04:15本頁面
【正文】 。 對于熱電檢測器，環(huán)境檢測工作溫度變化會使 響應度和 熱噪聲 發(fā)生變化， 2022/6/3 光信息科學與技術(shù)系 49 作業(yè)思考題 ? 簡述光生伏特效應的工作原理，為什么光生伏特效應器件比光電導效應器件有更快的響應速度。 例如 HgCdTe（汞鎘碲）檢測器在液氮溫度時，有較高的信噪比，而鍺摻銅光電導器件在 4K左右時，有較高的信噪比；如果溫度升高，它們的性能會逐漸變差，以致無法使用。 2022/6/3 光信息科學與技術(shù)系 48 工作溫度： 光 電檢測器的工作溫度是最佳工作狀態(tài)時的溫度，是光電檢測器重要的性能參數(shù)之一。 δ =Δ max/(I2I1) 實線為實際響應曲線 虛線為擬合直線 Φ I O I2 I1 光 電檢測器線性區(qū)的大小與檢測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 由飽和效應或過載決定。 2022/6/3 光信息科學與技術(shù)系 47 線性度（非線性誤差 δ ）： 線性度是描述光電檢測器輸出信號與輸入信號保持線性關(guān)系的，即在規(guī)定范圍內(nèi)，光電檢測器的輸出電量正比于輸入光量的性能。 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的大小與入射信號輻射功率及接收面積有關(guān)，入射輻射強，接收面積大，則 S/N就大。 2022/6/3 光信息科學與技術(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)。 理 論表明，在每個時間段內(nèi)，穿越勢壘區(qū)的載流子數(shù)或從陰極到陽極的電子數(shù)都在一個平均值上下起伏。 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。熱噪聲是由載流子無規(guī)則運動造成的。其時間平均值為零，但均方根不等于零，即存在瞬時電流擾動。 利用時間常數(shù)可得到頻率響應關(guān)系： S(f)=S0/[1+(2πfτ)2]1/2 S0為頻率是零時的響應度； τ為時間常數(shù)。 當 一個輻射脈沖照射光電檢測器時，如果這個脈沖上升和下降時間很短，則光電檢測器由于惰性而有延遲。 2022/6/3 光信息科學與技術(shù)系 42 響應時間 τ： 響 應時間是描述光電檢測器對入射輻射響應快慢的參數(shù)。 2022/6/3 光信息科學與技術(shù)系 41 積分響應度 S 表示檢測器對各種波長的輻射光連續(xù)輻射通量的反應程度，光電檢測器件輸出的電流或電壓與入射光通量之比。 P為入射光功率（或用通量 Φ表示）。 響應快。即吸收輻射后產(chǎn)生信號所需時間長，在毫秒量級 光子檢測器件的特點： 響應波長有選擇性。對各種波長具有相同的敏感性。根據(jù)工作機理的不同，可分為 光子檢測器件 和 熱電檢測器件 。 另外，如果在圖中 x， y處接一電動勢，導體中產(chǎn)生電流，兩個接點 1和 2處就會出現(xiàn)一個吸熱一個放熱的現(xiàn)象。 2022/6/3 光信息科學與技術(shù)系 36 溫差電效應 由兩種不同材料制成的結(jié)點由于受到某種因素作用而出現(xiàn)了溫差，就有可能在兩結(jié)點間產(chǎn)生電動勢，回路中產(chǎn)生電流，這就是溫差電效應。說明溫度越高，電阻溫度系數(shù)越小。 阻值與溫度變化關(guān)系： ΔR=αTRΔT αT為電阻溫度系數(shù) R為元件電阻 當溫度變化足夠小時， αT=1/R*dR/dT 對金屬材料， R=BT，則 α T=1/T，呈反比關(guān)系。 2022/6/3 光信息科學與技術(shù)系 35 輻射熱計效應 入射光照射材料由于受 熱 而造成電阻率變化的現(xiàn)象稱為輻射熱計效應。 2022/6/3 光信息科學與技術(shù)系 34 ?熱釋電現(xiàn)象中：溫度對自發(fā)極化強度的影響。光照時，晶體溫度升高，電偶極子熱運動加劇，極化強度減弱，表面感應電荷數(shù)減小，但 中和過程 （達數(shù)秒）要遠大于極化強度的 響應過程 （ 1012s），相當于釋放了一些電荷，對外表面為電流。 2022/6/3 光信息科學與技術(shù)系 33 物理本質(zhì)：極化晶體 極化晶體： 在外電場和應力為零情況下自身具有自發(fā)極化的晶體，原因是內(nèi)部電偶極矩不為零，表面感應束縛電荷。 2022/6/3 光信息科學與技術(shù)系 32 與 光電效應的區(qū)別：光電效應中，光子能量直接變?yōu)楣怆娮拥哪芰?，光熱效應中，光能量與晶格相互作用使其運動加劇，造成溫度的升高，從而引起物質(zhì)相關(guān)電學特性變化。 PN結(jié)短路， V=0，求得短路電流即光電流： Isc=Ip=qη /hν =P 沒有光照時， Ip=0，外加正向電壓為 V時，有 I+=Is[exp(qV/kT)1] 注意：光 伏效應與光照相聯(lián)系的是少數(shù)載流子的行為，少數(shù)載流子的壽命通常很短。即光生電動勢。也稱光伏效應。 2022/6/3 光信息科學與技術(shù)系 29 光生伏特效應 達 到內(nèi)部動態(tài)平衡的半導體 PN結(jié)，在光照的作用下，在 PN結(jié)的兩端產(chǎn)生電動勢，稱為光生電動勢。當加入少量砷施主雜質(zhì)，此時鍺晶體仍是 p型（ p型 Ge： Au： As），長波限相應于 。
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