常用光电探测器
光电探测器的原理
光电探测器的原理光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，它在光通信、光电测量、光谱分析等领域有着广泛的应用。
光电探测器的原理主要基于光电效应和半导体材料的特性，下面将详细介绍光电探测器的原理。
首先，光电探测器的基本原理是光电效应。
光电效应是指当光线照射在金属或半导体表面时，光子能量被吸收，激发出电子从固体表面逸出的现象。
这些逸出的电子就构成了光电流，通过测量光电流的大小可以间接测量光的强度。
在光电探测器中，光电效应是将光信号转换为电信号的关键过程。
其次，光电探测器的原理还与半导体材料的特性密切相关。
常见的光电探测器主要有光电二极管（Photodiode）、光电导（Phototransistor）、光电二极管阵列（Photodiode Array）等。
这些光电探测器主要利用半导体材料的光电特性来实现光信号的转换。
当光线照射在半导体材料上时，会产生电子-空穴对，并在外加电场的作用下产生电流。
不同类型的光电探测器采用不同的半导体材料和工作原理，但它们都是利用半导体材料的光电特性来实现光信号的探测和转换。
除此之外，光电探测器的原理还涉及到光信号的增强和处理。
在实际应用中，光信号往往非常微弱，需要经过光电探测器的增强和处理才能得到有效的电信号。
因此，光电探测器通常会与放大器、滤波器、模数转换器等电路相结合，以实现对光信号的放大、滤波和数字化处理，最终得到精确的电信号输出。
总的来说，光电探测器的原理主要包括光电效应、半导体材料的光电特性以及光信号的增强和处理。
通过光电效应将光信号转换为电信号，利用半导体材料的特性实现光信号的探测和转换，再通过电路的增强和处理得到最终的电信号输出。
光电探测器在光通信、光电测量、光谱分析等领域有着广泛的应用，其原理的深入理解对于光电器件的设计和应用具有重要意义。
光子探测器分类
描述bios的含义
光子探测器是一种能够探测光（光子）的探测器，通常用于高能物理、核医学、安全检查、环境监测等领域。
常见的光子探测器分类如下：
- 按照工作原理分类：
- 光电探测器：利用光电效应将光信号转换为电信号，如光电二极管、光电倍增管等。
- 热探测器：利用光热效应将光信号转换为热信号，如热敏电阻、热释电探测器等。
- 量子探测器：利用量子效应将光信号转换为电信号，如雪崩二极管、硅光电池等。
- 按照探测波长分类：
- 可见探测器：能够探测可见光谱范围内的光，如光电二极管、光敏电阻等。
- 红外探测器：能够探测红外光谱范围内的光，如热释电探测器、量子阱探测器等。
- 紫外探测器：能够探测紫外光谱范围内的光，如雪崩二极管、硅光电池等。
- 按照应用领域分类：
- 高能物理探测器：用于高能物理实验中探测光子，如闪烁计数器、切伦科夫计数器等。
- 核医学探测器：用于核医学成像中探测光子，如正电子发射
断层扫描（PET）探测器、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）探测器等。
- 安防探测器：用于安全检查和监控中探测光子，如X射线探测器、γ射线探测器等。
光电探测器原理及应用
光电探测器原理及应用
光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的装置，其基本原理是利用光的能量激发材料中的电子从而产生电流。
根据光电效应的不同机制，光电探测器通常可以分为光电二极管、光电导、光电二极管阵列等多种类型。
光电二极管是最基本的光电探测器之一，其工作原理是光照射到光敏材料表面时，材料中的电子会被光激活并跃迁至导带中，从而形成电流。
光电二极管具有响应速度快、灵敏度高等特点，广泛应用于光通信、光谱分析、光电测量等领域。
光电导是一种利用光照射后材料电阻发生变化的光电探测器，其工作原理是光激发后，光电导材料中的载流子浓度发生改变，从而引起电阻的变化。
光电导具有较高的灵敏度和较宽的光谱响应范围，可广泛应用于光谱分析、光学测量、遥感等领域。
光电二极管阵列是由多个光电二极管组成的阵列结构，可以同时检测多个光信号，具有高灵敏度和高分辨率的特点。
光电二极管阵列常被用于光通信、图像传感、光谱分析等领域，如CCD（电荷耦合器件）摄像头就是经典的光电二极管阵列应
用之一。
此外，光电探测器还广泛应用于激光测距仪、扫描仪、光电子显像、医学诊断、环境监测等领域。
例如，激光测距仪利用光电探测器检测激光脉冲的发射和接收时间差，实现对目标距离的测量；扫描仪利用光电探测器对扫描光线的反射或透射光进行检测，实现图像的数字化处理和存储。
总之，光电探测器通过将光信号转化为电信号，实现了光能量的检测和测量。
其应用领域广泛，并在科学研究、工业生产、医疗诊断等领域发挥着重要的作用。
红外技术之光电探测器的种类介绍
红外技术之光电探测器的种类介绍红外技术作为一种高技术，它与激光技术并驾齐驱，广泛应用于工业、农业、医学、交通等各个行业和部门。
红外测温、红外测湿、红外理疗、红外检测、红外报警、红外遥感、红外防伪更是各行业争相选用的先进技术。
如今开发的产品已经得到普遍运用，但是，科技在进步，产品也会更新。
接下来我们详细介绍光电探测器这个在红外技术中突显作用最大之一的产物。
光电探测器作为红外辐射光子在半导体材料中激发非平衡载流子(电子或空穴)，引起电学性能变化。
因为载流子不逸出体外，所以称内光电效应。
量子光电效应灵敏度高，响应速度比热探测器快得多，是选择性探测器。
为了达到最佳性能，一般都需要在低温下工作。
光电探测器可分为：啊光伏型：主要是p－n结的光生伏特效应。
能量大于禁带宽度的红外光子在结区及其附近激发电子空穴对。
存在的结电场使空穴进入p区，电子进入n 区，两部分出现电位差。
外电路就有电压或电流信号。
与光导探测器比较，光伏探测器背影限探测率大于40％；不需要外加偏置电场和负载电阻，不消耗功率，有高的阻抗。
这些特性给制备和使用焦平面阵列带来很大好处。
光导型：又称光敏电阻。
入射光子激发均匀半导体中的价带电子越过禁带进入导带并在价带留下空穴，引起电导增加，为本征光电导。
从禁带中的杂质能级也可激发光生载流子进入导带或价带，为杂质光电导。
截止波长由杂质电离能决定。
量子效率低于本征光导，而且要求更低的工作温度。
量子阱探测器(QWIP)：将两种半导体材料A和B用人工方法薄层交替生长形成超晶格，在其界面，能带有突变。
电子和空穴被限制在低势能阱A层内，能量量子化，称为量子阱。
利用量子阱中能级电子跃迁原理可以做红外探测器。
9 0年代以来发展很快，已有512×512、64 0×480规模的QWIP GaAs/AlGaA s焦平面制成相应的热像仪诞生。
因为入射辐射中只有垂直于超晶格生长面的电极化矢量起作用，光子利用率低；量子阱中基态电子浓度受掺杂限制，量子效率不高；响应光谱区窄；低温要求苛刻。
光电探测器的研究与应用现状
光电探测器的研究与应用现状光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的装置，它在现代科技领域中起着至关重要的作用。
光电探测器的研究与应用正在逐渐发展和拓展，本文将从几个方面介绍光电探测器的研究和应用现状。
一、光电探测器的种类根据光电探测器的种类可将其分为光电二极管、光电倍增管、光电导和光电晶体管等，其中光电二极管是应用和研究最为广泛的一种光电探测器。
光电二极管是利用半导体材料的PN结来实现光电转换的，其性能优越，在光通信、光电子学等领域被广泛应用。
同时，其接收速度快，响应时间短，可以达到亚纳秒级别。
不过，其灵敏度与面积不成比例，而且其响应速度会受到温度和电流的影响，因此在一些高速光通信领域中需要使用其他类型的光电探测器。
二、光电探测器在光通信中的应用光通信技术已经成为现代通信技术的主流，而光电探测器则是光通信中不可或缺的关键组成部分。
光电探测器可以将光信号转换为电信号，实现光信号与电信号之间的互相转换，使得信息得以在光学和电学之间进行传输。
目前，光接收模块中最常用的光电探测器是光电二极管，其高速度和高灵敏度使其成为优选的光电探测器。
此外，还有一些新型光电探测器正在研究和发展中，例如纳米光电探测器、有机半导体探测器和基于石墨烯的探测器等。
三、光电探测器在医学及生物科学中的应用光电探测器在医学及生物科学领域中也发挥着重要的作用。
例如，医学领域中经常使用的磁共振成像（MRI）技术就需要使用光电探测器以便探测信号。
此外，在生物科学研究中，光电探测器也可用于如蛋白质定量、药物筛选、DNA测序等方面，成为生物领域中广泛使用的夹道器之一。
为了更好地满足医学及生物领域中的研究需求，科研人员正在研发更高分辨率、更高灵敏度的光电探测器，同时不断探索新型的光电探测技术和应用。
四、光电探测器在安防中的应用在安防领域中，光电探测器也广泛应用。
例如，在夜视仪和光学望远镜等设备中都采用了光电探测器。
此外，在热成像设备中，IR光电二极管也是常用的探测器，其可将红外辐射转化为电信号，以便检测并分析热量信息。
光电探测器简介演示
contents
目录
• 引言 • 光电探测器的基本原理 • 光电探测器的种类与特点 • 光电探测器的性能指标 • 光电探测器的应用案例 • 总结与展望
01
CATALOGUE
引言
什么是光电探测器
• 光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的装置，它利用 了光的能量和物质的相互作用来产生电信号。光电探测器在许 多领域都有广泛的应用，如光学通信、光谱分析、环境监测、 安全监控等。
安全监控
光电探测器可以用于安全监控，例如在机场、银行等场所 的监控系统中，光电探测器可以检测到人员的活动和物体 的移动。
02
CATALOGUE
光电探测器的基本原理
光-电转换原理
光-电转换是光电探测器的基本工作原理，即通过接收光子，将光信号转换为电 信号。
光电探测器中的光敏元件（如光电二极管、雪崩光电二极管等）能够将入射光子 转化为电子-空穴对，这些载流子在外加电场的作用下定向移动，形成电信号输 出。
光电探测器的应用场景
光学通信
光电探测器可以将光信号转换为电信号，从而实现信息的 传输和处理。在光纤通信中，光电探测器是必不可少的器 件之一。
环境监测
光电探测器可以用于监测环境中的光辐射水平，从而对环 境进行评估和管理。例如，它可以用于监测大气污染和海 洋环境中的光辐射水平。
光谱分析
光电探测器可以用于检测物质的光谱特征，从而对物质进 行分析和鉴别。在环境监测和化学分析中，光电探测器也 有广泛的应用。
光电探测器在医疗诊断中的应用
内窥镜
内窥镜结合光电探测器可以实时检测人体内部病变，提高医疗诊断的准确性和 效率。
医学影像
光电探测器在医学影像技术中也有广泛应用，如X光、CT等设备的图像采集和 处理系统中都离不开光电探测器的支持。
光电探测器原理与应用
光电探测器原理与应用光电探测器是一种将光信号转化为电信号的器件，是现代光电技术中的重要组成部分，广泛应用于通信、医学、物理学等领域。
本文将从光电探测器的原理、种类以及应用进行探讨。
一、光电探测器的原理光电探测器的原理基于光电效应，即光能被物质吸收后，其中的光子能激发物质内部的电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对，产生电流和电势差，将光信号转换为电信号并放大处理。
而光电探测器的基本结构，则由光敏材料、光电转换部件、电荷放大器等组成，具有宽频带、高响应速度等特点。
二、光电探测器的种类光电探测器主要分为以下几种：①硅光电二极管硅光电二极管是一种常见的光电探测器，其结构简单，大小小巧，响应速度快，但灵敏度较低。
硅光电二极管的光电转换部件为PN结，探测范围为红外线波段。
②掺铟镓光电二极管掺铟镓光电二极管响应范围为近红外至中红外波段，具有较高的灵敏度和响应速度，广泛应用于红外光谱分析、制导弹道等领域。
③掺铊锗光电二极管掺铊锗光电二极管响应范围为中红外波段，具有较高的探测率和灵敏度，广泛应用于红外光谱分析、空间测量等领域。
④光电倍增管光电倍增管响应范围涵盖紫外线至近红外波段，具有高灵敏度、高信噪比和低失真等特点，广泛应用于低光强度信号的检测和测量。
⑤光伏噪声探测器光伏噪声探测器是一种激光光源的光功率变化探测器，响应波长范围覆盖整个光谱，具有高信噪比、高稳定性等特点，广泛应用于光通信、激光测距、光谱分析等领域。
三、光电探测器的应用光电探测器具有广泛的应用领域，其中主要包括：①光通信光电探测器在光通信中起到重要作用，光电二极管和光电倍增管是常用的探测器。
光电探测器接收光信号并转换为电信号，再经过解调和放大处理后，完成光通信中数据的传输和接收。
②光谱分析光电探测器在光谱分析领域中广泛应用，通过对不同波长的光线进行探测和分析，完成对样品的化学成分、结构和性质的测量和研究。
掺铟镓光电二极管和光伏噪声探测器是常用的光谱探测器。
光电探测器列表
紫外探测器：碳化硅（SiC）材质，响应波段200-400nm。
应用：火焰探测和控制、紫外测量、控制杀菌灯光、医疗灯光的控制等。
————————————————————————————————————————————可见光探测器：硅（Si）材质，响应波段200-1100nm。
有室温、热电制冷两种形式，可以带内置前放，有多种封装形式可选。
主要用在测温、激光测量、激光检测、光通信等领域。
————————————————————————————————————————————红外探测器（1）：锗（Ge）材质，响应波段0.8-1.8um，有室温、热电制冷、液氮制冷三种形式，可以带内置前放，有多种封装形式可选。
主要应用在光学仪表、光纤测温、激光二极管、光学通信、温度传感器等————————————————————————————————————————————红外探测器（2）：铟钾砷（InGaAs）材质，响应波段0.8-2.6um，波段内可以进行优化。
有室温、热电制冷、液氮制冷三种形式，可以带内置前放，可以配光纤输出，多种封装形式可选。
主要应用在光通信、测温、气体分析、光谱分析、水分分析、激光检测、激光测量、红外制导等领域。
————————————————————————————————————————————红外探测器（3）：砷化铟（InAs）材质，响应波段1-3.8um，有室温和热电制冷两种，可以配内置前放，多种封装形式可选。
主要用于激光测量、光谱分析、红外检测、激光检测等领域。
红外探测器（4）：锑化铟（InSb）材质，响应波段2-6um，液氮制冷，可以带内置前放，多种封装形式可选。
主要应用在光谱测量、气体分析、激光检测、激光测量、红外制导等领域。
————————————————————————————————————————————红外探测器（5）：硫化铅（PbS）材质，响应波段为1-3.5um，有室温和热电制冷两种，可以带内置前放，多种封装形式可选。
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+
-
n
+
光生空穴 p
x L 电离受主 电离施主 光生电子
--++ ++
-
n
Ei 耗尽层
PN结光伏探测器的工作模式
就光电流形成的过程而言，光伏探测器和光电导
探测器有十分类似的情况。 可以证明：在光伏情况下一个光生电子-空穴对 对外回路所贡献的总电荷量： Q Qp Qn e
其值一般为1~1.2；
Hale Waihona Puke : 照度指数，由杂质种类及数量决定，
其值一般为0.5~1.0。
在低偏压、弱光照条件下
1, 1
CdS的光照特性曲线
光敏电阻
伏安特性
u V iRL iRg
i V RL Rg V RL Rg Rg
i i
arctan
和光电导探测器不同，光伏探测器的工作特性要复杂一 些。通常有光电池和光电二极管之分，也就是说，光伏 探测器有着不同的工作模式。因此在具体讨论光伏探测 器的工作特性之前，首先必须弄清楚它的工作模式问题。
PN结光伏探测器的工作模式
PN结光伏探测器的典型结构如图所示。为说明光功率转 换成光电流的关系，设想光伏探测器两端被短路，并用
-V P =0 光 功 率 增 大 P1 P2 P3 V － + i
u2 RL1 RL2
u1
o RL1
i1 i2 RL2
RL i
第三象限是反偏压状态。这时iD=iS0，是普通二极管中的反向饱和电流，
称为暗电流(对应于光功率P=0)，数值很小，这时的光电流(等于i-iS0)是 流过探测器的主要电流，对应于光导工作模式。通常把光导工作模式的 光伏探测器称为光电二极管，因为它的外回路特性与光电导探测器十分 相似。
硅光电池结构示意图
防反射膜 (SiO2） p n SiO2 p +
RL
pn结
+
n -
硅光电池
硅光电池——太阳电池
光电池按材料分，有硅、硒、硫化镉、砷化镓和无定型
材料的光电池等。按结构分，有同质结和异质结光电池 等。光电池中最典型的是同质结硅光电池。国产同质结 硅光电池因衬底材料导电类型不同而分成2CR系列和 2DR系列两种。2CR系列硅光电池是以N型硅为衬底，P 型硅为受光面的光电池。受光面上的电极称为前极或上 电极，为了减少遮光，前极多作成梳状。衬底方面的电 极称为后极或下电极。为了减少反射光，增加透射光， 一 般 都 在 受 光 面 上 涂 有 SiO2 或 MgF2 ， Si3N4 ， SiO2 － MgF2等材料的防反射膜，同时也可以起到防潮，防腐蚀 的保护作用。
m (m)
1.24 Eg (eV )
或
m (nm)
1240 Eg (eV )
三种光敏电阻的光谱响应特性曲线
光敏电阻
光照特性
e M P 理想光电转换关系式： i h
实际光照特征呈非线性关系：
i Ku P
K : 与器件的材料、尺寸、形状以及载
流子寿命有关；
: 电压指数，与接触电阻等因素有关，
几种国产硅光电池的特性
硅光电池——太阳电池
硅光电池——太阳电池
硅光电池——太阳电池
硅光电池——太阳电池
硅光电池——太阳电池
硅光电池——太阳电池
硅光电池——太阳电池
短路电流和开路电压
过允许值；
（4）根据不同用途，选用不同特性的光敏电阻。
PN结光伏探测器的工作模式
利用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏探测器， 也称结型光电器件。
品种很多，包括各种光电池、光电二极管、光电晶体管、 光电场效应管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、 阵列式光电器件、象限式光电器件、位置敏感探测器 （PSD）、光电耦合器件等。
A、光电发射效应 C、光生伏特效应 B、光电导效应 D、光磁效应
）
2）在光线作用下，半导体电导率增加的现象属于(
A、外光电效应 C、光电发射 A、热电偶 C、热敏电阻 A、通量阈 C、探测度 B、内光电效应 D、光导效应
)
3）以下几种探测器属于热探测器的有：（
B、热释电探测器 D、超导远红外探测器
）
i
R
V Rg
L
1 RL
Rg
2
1 arctan Rg 1 arctan Rd
光敏电阻
伏安特性
i
R
V Rg
L
Rg
2
u V iRL u u V i i RL
u iRL
R
V Rg RL
随组分x呈线性变化。当x=0.2时响应波长为8~14μm， 工作温度77K，用液氮致冷；内电流增益约为500，低 内阻，广泛用于10.6μm的CO2激光探测。
光敏电阻
4.使用注意事项
（1）用于测光的光源光谱特性必须与光敏电阻
的光敏特性匹配； （2）要防止光敏电阻受杂散光的影响； （3）要防止使光敏电阻的电参数(电压、功耗)超
iD
i
i u
RL
RL
V
(a)
i
(b)
(c)
(d)
PN结光伏探测器的工作模式
普通二极管的伏安特性为
iD iS 0 (e
eu / k BT
1)
光伏探测器的总伏安特性应为 iD 和 i 之和，考虑到二
者的流动方向，我们有：
i iD i iS 0 (eeu / kBT 1) i
常用光电探测器简介
知识巩固
光电探测器的物理效应
光子效应 光热效应
响应波长有选择性，一般有 响应波长无选择性，对可见 截止波长，超过该波长，器 光到远红外的各种波长的辐 件无响应 射同样敏感 响应快，吸收辐射产生信号 响应慢，一般为几毫秒 需要的时间短，一般为纳秒
到几百微秒
知识巩固
1）以下属于内光电效应的有（
RL RL1>RL2 RL2 i R L1 + V －
-V P =0 光 功 率 增 大 P1 P2 P3 V － + i
u2 RL1 RL2
u1
o RL1
i1 i2 RL2
RL i
在第四象限中，外偏压为零。流过探测器的电流仍为反向光电流，随着
光功率的不同，出现明显的非线性。这时探测器的输出是通过负载电阻 RL上的电压或流过RL上的电流来体现，因此，称为光伏工作模式。通常 把光伏工作模式的光伏探测器称为光电池。 应特别注意，光电流总是反向 电流，而光电流在RL 上的电压降， 对探测器产生正向偏置称为自偏 R >R 压，当然要产生正向电流。最终 两个电流抵消，伏安曲线中止于 横轴上。
光敏电阻
3.几种典型的光敏电阻
CdS和CdSe：可见光辐射探测器，低造价、高可靠和 长寿命；光电导增益比较高(103 ～104)，响应时间比 较长(大约50ms)。 PbS：近红外辐射探测器，波长响应范围在1～3.4μm， 峰值响应波长为2μm，内阻（暗阻）大约为1MΩ，响 应时间约200μs，室温工作能提供较大的电压输出； 广泛用于遥感技术和红外制导技术。
光敏电阻的响应时间与入射光的照度，所加电压、负 载电阻及照度变化前电阻所经历的时间（称为前历时间） 等因素有关。
光敏电阻
稳定特性
光敏电阻的阻值随温度变化而变化的变化率，在弱光照和 强光照时都较大，而中等光照时，则较小。 【例】CdS光敏电阻的温度系数在10lx照度时约为0；照度
高于10lx时，温度系数为正；小于10lx时，温度系数反而 为负；照度偏离10lx愈多，温度系数也愈大。
一理想电流表记录光照下流过回路的电流，这个电流常 常称为短路光电流 i 。
光子 电极
p
SiO2
n
+
耗尽层 电极
n+
PN结光伏探测器的工作模式
假定光生电子-空穴对在PN结的结区，即耗尽区内产生。 由于内电场作用，电子向n区、空穴向p区漂移运动，被内
电场分离的电子和空穴就在外回路中形成电流 i 。
光敏电阻
3.几种典型的光敏电阻
InSb：近红外辐射探测器，室温下工作噪声较大，在 77K下，噪声性能大大改善，峰值响应波长为5μm，内 阻低（大约50欧），响应时间短（大约50×10-9s）， 适用于快速红外信号探测。
HgxCd1-xTe探测器：化合物本征型光电导探测器，由 HgTe和GdTe两种材料混在一起的固溶体，其禁带宽度
式中i是流过探测器的总电流，e是电子电荷，u是探测器
两端电压，kB是玻耳兹曼常数，T是器件的绝对温度。把
上式中i和u为纵横坐标作成曲线，就是光伏探测器的伏 安特性曲线。
第一象限是正偏压状态，iD本来就很大，所以光电流不起重
要作用。作为光电探测器，工作在这一区域没有意义。
RL RL1>RL2 RL2 i R L1 + V －
无结光电探测器（无需形成pn结）
光敏电阻或光导管（光照下改变自身的电阻率，光照 愈强，器件自身的电阻愈小）
没有极性——电阻随光照强度而变化的可变电阻器
本征型光敏电阻： 一般在室温下工作，适用于可见 光和近红外辐射探测 非本征型光敏电阻：通常在低温条件下工作，常用于 中、远红外辐射探测
常用的光敏电阻有CdS、CdSe、PbS以及TeCdHg等。其中CdS是工 业应用最多的，而PbS主要用于军事装备，
4）表征光电探测器探测微弱光信号能力的参数是（
B、噪声等效功率 D、归一化探测度