【正文】 S lg20lg1022????????６、噪聲等效功率 (NEP) ? 定義：信號(hào)功率與噪聲功率比為 1（ SNR=1） 時(shí)，入射到探測(cè)器件上的輻射通量 (單位為瓦 )。 ? NEP越小，噪聲越小，器件的性能越好。 ? 設(shè)入射輻射的功率為 P， 測(cè)得的輸出電壓為 U0 ? 然后除去輻射源 ， 測(cè)得探測(cè)器的噪聲電壓為 UN ? 則按比例計(jì)算 ， 要使 U0＝ UN， 的輻射功率為 20()NPN E P WUU???????７、探測(cè)率與歸一化探測(cè)率 ? 探測(cè)率 D定義為噪聲等效功率的倒數(shù) 經(jīng)過(guò)分析 ， 發(fā)現(xiàn) NEP與檢測(cè)元件的面積 Ad和放大 器帶寬 Δf 乘積的平方根成正比 ? 歸一化探測(cè)率 D*， 即 D*與探測(cè)器的敏感面積、放大器的帶寬無(wú)關(guān)。 ? 對(duì)理想的探測(cè)器，入射一個(gè)光量子發(fā)射一個(gè)電子， ?=1 ? 實(shí)際上， ? 1 ? 量子效率是一個(gè)微觀參數(shù)，量子效率愈高愈好。 ? 在某一范圍內(nèi)探測(cè)器的響應(yīng)度是常數(shù)，稱這個(gè)范圍為線性區(qū)。 五、工作溫度 ? 工作溫度就是指光電探測(cè)器最佳工作狀態(tài)時(shí)的溫度。 例如，半導(dǎo)體光電器件的長(zhǎng)波限和峰值波長(zhǎng)會(huì)隨溫度而變化；熱電器件的響應(yīng)度和熱噪聲會(huì)隨溫度而變化。兩者結(jié)構(gòu)相似，如圖。陰極裝在玻璃管內(nèi)壁上，其上涂有光電發(fā)射材料。 光電管的結(jié)構(gòu)示意圖 光 陽(yáng)極 光電陰極 光窗 當(dāng)入射光照射在陰極上時(shí) ， 單個(gè)光子就把它的全部能量傳遞給陰極材料中的一個(gè)自由電子 ， 從而使自由電子的能量增加 。 這種電子稱為光電子 ， 光電子逸出金屬表面后的初始動(dòng)能為： 根據(jù)能量守恒定律有 m為電子質(zhì)量； v為電子逸出的初速度 。 由于不同材料具有不同的逸出功 ， 因此對(duì)每一種陰極材料 ， 入射光都有一個(gè)確定的頻率限 ， 當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時(shí) ， 不論光強(qiáng)多大 ， 都不會(huì)產(chǎn)生光電子發(fā)射 ， 此頻率限稱為 “ 紅限 ” 。 Ahm21 2 ?? ?AhcK ??光電管工作原理 ?h光電管的類型 ① 中心陰極型 ： 這種類型由于陰極面積很小，受照光通量不大，僅適用于低照度探測(cè)和光子初速度分布的測(cè)量。 ③半圓柱面陰極型： 這種結(jié)構(gòu)有利于增加極間絕緣性能和減少漏電流。 ⑤帶圓筒平板陰極型： 它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、工作穩(wěn)定。 在入射光頻率大于“ 紅限 ” 的前提下 ， 從陰極表面逸出的光電子被具有正電位的陽(yáng)極所吸引 ， 在光電管內(nèi)形成空間電子流 ， 稱為光電流 。 電流 IФ和電阻 RL上的電壓降 U0就和光強(qiáng)成函數(shù)關(guān)系 ， 從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換 。 光電管的伏安特性如圖所示 。 光電管的伏安特性 50 20μlm 40μlm 60μlm 80μlm 100μlm 120μlm 100 150 200 0 2 4 6 8 10 12 陽(yáng)極與末級(jí)倍增極間的電壓 /V IA/ μA 2. 光照特性 當(dāng)光電管的陽(yáng)極和陰極之間所加電壓一定時(shí)，光通量與光電流之間的關(guān)系為光電管的光照特性。 曲線 1表示 氧銫陰極 光電 管的光照特性 ， 光電流 I與光通量成線性關(guān)系 。 光電管的光照特性 25 50 75 100 2 0 Φ/1m IA/ μA 1 說(shuō)明：陰極材料不同的光電管 ， 具有不同的紅限 ， 因此適用于不同的光譜范圍 。 光電管的這種光譜特性 ，要求人們應(yīng)當(dāng)根據(jù)檢測(cè)對(duì)象是紫外光 、 可見(jiàn)光還是紅外光去選擇陰極材料不同的光電管 ， 以便獲得滿意的靈敏度 。 光電倍 增管主要由光陰極 K、倍增極 D和陽(yáng)極 A組成 。 ? 當(dāng)入射光通量為脈沖通量時(shí) ， 則應(yīng)將電源的負(fù)端接地 ， 因?yàn)楣怆姳对龉艿年帢O接地比陽(yáng)極接地有更低的噪聲 ， 此時(shí)輸出端應(yīng)接入隔離電容 ， 同時(shí)各倍增極的并聯(lián)電容亦應(yīng)接入 ， 以穩(wěn)定脈沖工作時(shí)的各級(jí)工作電壓 ， 穩(wěn)定增益并防止飽和 。 ? 銀鎂合金： 倍增系數(shù)高，穩(wěn)定性好，使用溫度不超過(guò)150℃ ，可用于電流較大的倍增管中。 ? 陰極靈敏度 紅外靈敏度來(lái)表示：紅光靈敏度與白光靈敏度之比 ? 陽(yáng)極靈敏度 陽(yáng)極輸出電流與陰極光通量之比 光電倍增管特性參數(shù) 光電倍增管接上工作電壓后 ， 在沒(méi)有光照的情況下陽(yáng)極仍會(huì)有一個(gè)很小的電流輸出 ， 此電流即稱為暗電流 。 一只好的光電倍增管 ， 要求其暗電流小并且穩(wěn)定 。在給定波長(zhǎng)的單位輻射功率照射下所產(chǎn)生的陽(yáng)極電流大小稱為光電倍增管的絕對(duì)光譜響應(yīng)率，表示為： )()()(???PIS ? 測(cè)量 S(λ)十分復(fù)雜 ， 因此在一般測(cè)量中都是測(cè)量它的相對(duì)值 。 s(λ)≤1， 是一個(gè)無(wú)量綱的量 ， 只表示光電倍增管的光譜響應(yīng)特征 。 ? 光敏電阻材料：主要是硅、鍺和化合物半導(dǎo)體，例如：硫化鎘（ CdS），銻化銦（ InSb）等。（ 如下圖 ） ? 工作機(jī)理：當(dāng)入射光子使半導(dǎo)體中的電子由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶時(shí)，導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴均參與導(dǎo)電，其阻值急劇減小，電導(dǎo)增加。 ? 雜質(zhì)型光敏電阻：對(duì)于Ｎ型半導(dǎo)體，當(dāng)入射光子的能量等于或大于雜質(zhì)電離能 ΔＥ 時(shí)，將施主能級(jí)上的電子激發(fā)到導(dǎo)帶而成為導(dǎo)電電子，在外電場(chǎng)的作用下，形成光電流。 價(jià)帶 導(dǎo)帶 電子 空穴 Eg 價(jià)帶 導(dǎo)帶 電子 空穴 ΔＥ 施主 光電導(dǎo)與光電流 ? 光敏電阻兩端加電壓（直流或交流）．無(wú)光照時(shí)，阻值（ 暗電阻 ）很大，電流（ 暗電流 ）很??；光照時(shí)，光生載流子迅速增加，阻值（ 亮電阻 ）急劇減少．在外場(chǎng)作用下，光生載流子沿一定方向運(yùn)動(dòng)，形成光電流（ 亮電流 ）。（冷卻可以改善） ：外加電壓，歐姆接觸為電壓指數(shù)光電導(dǎo)，照度指數(shù)光USUESIgg)1(::)(:??????光敏電阻的光電特性 在弱光照下，光電流與照度 E具有良好的線性關(guān)系 在強(qiáng)光照下則為非線性關(guān)系 其他光敏電阻也有類似的性質(zhì)。在選用光電器件時(shí)必須充分考慮到這種特性。 ? 量子效率：光電流與入射光子流之比。 ? 不同光照度對(duì)應(yīng)不同直線 ?受耗散功率的限制，在使用時(shí)，光敏電阻兩端的電壓 不能超過(guò)最高工作電壓， ?圖中虛線為允許功耗曲線 ?由此可確定光敏電阻正常工作電壓。只有 PbS光敏電阻的頻率特性稍好些，可工作到幾千赫。 例如：硫化鉛光敏電阻，隨著溫度的升高光譜響應(yīng)的峰值將向短波方向移動(dòng)。 ? 基本原理：光暗時(shí)，光敏電阻阻值很高，繼電器關(guān)，燈亮；光亮?xí)r，光敏電阻阻值降低，繼電器工作，燈關(guān)。 ? PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)：當(dāng)用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射 PN結(jié)時(shí) ， 由于內(nèi)建場(chǎng)的作用 （ 不加外電場(chǎng) ） ， 光生電子拉向 n區(qū) ， 光生空穴拉向 p區(qū) ， 相當(dāng)于 PN結(jié)上加一個(gè)正電壓 。 光電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? 光電池核心部分是一個(gè) PN結(jié) ， 一般作成面積大的薄片狀 ， 來(lái)接收更多的入射光 。 光電池等效電路 000{e xp [ ( ) ] 1 }[ e xp ( ) 1 ]L p L spssLpqI I I U I RkTIIqURRqUI I IkT? ? ? ?? ? ?為光電池等效電路中的恒流源為光電池等效二極管反向飽和電流,為電子電荷量為光電池輸出電壓為光電池等效電路中串聯(lián)電阻， 很小，可以忽略00l n( 1 )0pocsc pscIIkTUqIUIII?????當(dāng) ，得到開路電壓當(dāng) ，得到短路電流與入射光強(qiáng)度成正比開路電壓與入射光強(qiáng)度的對(duì)數(shù)成正比光電