光电检测器件的特性参数
南理工光电检测技术课程光电检测器件
优点：灵敏度高，工作电流大（达数毫安） ， 光谱响应范围宽，所测光强范围宽，，无极性之分。
缺点：响应时间长，频率特性差，强光线性差， 受温度影响大。
主要用于红外的弱光探测与开关控制。
路灯自动点熄原理图如图所示，分析它的工作原理。
二、光电池
★它是利用光生伏特效应制成的将光能转换成电能的 器件。它是一种不需加偏压就能把光能直接转换成电 能P-N结光电器件。
3、优缺点
优点：光电阴极面积大，灵敏度较高；暗电流小，最低 可达10-14A；光电发射弛豫过程极短。
缺点：真空光电管一般体积都比较大、工作电压高达百 伏到数百伏、玻壳容易破碎等。目前已基本被固体光电器 件所代替。
建立在光电效应、二次电子发射和电子光学理论基础上 的，把微弱入射光转换成光电子，并获倍增的器件。
金属材料是否满足良好的光电发射材料的条件？
★金属吸收效率很低 ； ★金属中光电子逸出深度很浅，只有几纳米； ★金属逸出功大多为大于3eV，对λ>410nm的可见光来说，很难 产生光电发射，量子效率低；
半导体材料是否满足良好的光电发射材料的条件？
★光吸收系数比金属大； ★体内自由电子少，散射能量变小——故量子效率比金
光电检测光电池具有光敏面积大，频率响应高，光电流随 照度线性变化。
太阳能光电池耐辐射，转换效率高，成本低，体积小，结 构简单、重量轻、可靠性高、寿命长，在空间能直接利用太 阳能转换成电能的特点。
I
U RL
Ip Ij
I
U RL
符号 连接电路
等效电路
三、光敏二极管
与普通二极管相比:
共同点：一个PN结，单向导电性 不同点：
第二章、光电检测器件
光电探测器 标准
光电探测器标准
光电探测器的标准通常包括以下几个方面：
响应度：光电探测器产生光电流与入射光功率之比，单位通常为A/W。
响应度与量子效率的大小有关，为量子效率的外在体现。
量子效率：描述光电探测器将光子转换为电子的能力。
暗电流和噪声：在没有光入射的情况下，探测器存在的漏电流被定义为暗电流。
其大小影响着光接收机的灵敏度大小，是探测器的主要指标之一。
等效噪声功率（NEP）：代表光电探测器的噪声水平。
跨阻增益：单位有的是V/A，有的是V/W，意思是输出电压信号幅度除以输入光电流或者光功率。
带宽：带宽是衡量光电探测器响应速度的指标。
输出信号幅度：在高频的光电探测器有的会做限幅处理，只有两三百毫伏，这将影响动态范围。
探测功率过大可能会导致探测器饱和无法探测到真实值，甚至烧坏探测器。
光纤接口还是自由空间光，两种类型的光敏面相差很大。
电源供电，双电源还是单电源。
这些标准因不同的光电探测器和应用而有所不同，选择适合的探测器需要考虑这些因素以达到最佳性能。
光检测器介绍(PIN、APD详细讲解)
因此，检测器不能用于波长范围大于869 nm的系统中。
pin的量子效率
如果耗尽区宽度为w，在距离w内吸收光功率为:
P w P in (1e sw )
当电载流子在材料中流动时，一些电子 - 空穴对会重新
复合而消失，此时电子和空穴的平均流动距离分别为Ln和Lp，
这个距离即扩散长度，分别由下式决定:
LnDn n1/2
LpDp
1/2 p
Dn和Dp分别为电子和空穴的扩散系数，tn和tp为电子和空穴 重新复合所需的时间，称为载流子寿命。
在半导体材料中光功率的吸收呈指数规律:
光检测器介绍
主要内容
光电二极管的物理原理 光检测器噪声 检测器响应时间 雪崩倍增噪声 InGaAs APD结构 温度对雪崩增益的影响
光电检测器的要求
光电检测器能检测出入射在其上面的光功率，并完成光/ 电信号的转换。对光检测器的基本要求是:
- 在系统的工作波长上具有足够高的响应度，即对一定的入 射光功率，能够输出尽可能大的光电流； - 具有足够快的响应速度，能够适用于高速或宽带系统； - 具有尽可能低的噪声，以降低器件本身对信号的影响； - 具有良好的线性关系，以保证信号转换过程中的不失真； - 具有较小的体积、较长的工作寿命等。
目前常用的半导体光电检测器有两种: pin光电二极管和 APD雪崩光电二极管。
6.1 光电二极管的物理原理
光电二极管实际上类似于一个加了反向偏压的pn结。它 在发向偏压的作用下形成一个较厚的耗尽区。当光照射到光 电二极管的光敏面上时, 会在整个耗尽区 (高场区) 及耗尽区 附近产生受激跃迁现象, 从而产生电子空穴对。电子空穴对在 外部电场作用下定向移动产生电流。
光电检测器件工作原理及特性
光电检测器件的应用
02
光电检测器件工作原理
光电转换原理是指光子与物质相互作用，将光能转换为电能的过程。在光电检测器件中，光子通过照射在光敏材料上，激发出电子-空穴对，形成光生电流或电压。
光电转换效率是衡量光电检测器件性能的重要参数，它与光敏材料的性质、光的波长和入射角度等因素有关。
光电转换原理
光电检测器件的光谱响应特性
光电检测器件对不同波长的光具有不同的响应能力，这种响应能力即为光谱响应特性。
总结词
光谱响应特性描述了光电检测器件在不同波长光线下的敏感度。不同类型的光电检测器件具有不同的光谱响应范围，例如硅光电二极管对可见光和近红外光敏感，而硒镉汞光电探测器则对中红外光敏感。了解光谱响应特性对于选择适合特定应用的光电检测器件至关重要。
光电检测器件通常由光敏材料、电极和封装结构组成。光敏材料是实现光电转换的核心部分，电极的作用是收集和传输光生电流或电压，而封装结构则起到保护和支撑器件的作用。
不同类型的光电检测器件可能在结构上有所差异，但它们的基本原理是相似的。
光电检测器件的基本结构
光电检测器件的工作过程通常包括光的吸收、电荷的分离和电流或电压的产生三个步骤。
总结词
光电检测器件在接收光信号时产生的随机波动，即噪声特性。
详细描述
噪声特性是评价光电检测器件性能的重要参数。常见的噪声源包括散粒噪声、热噪声和闪烁噪声等。低噪声光电检测器件能够在弱光信号下提供更高的信噪比，从而提高检测精度和灵敏度。了解和优化光电检测器件的噪声特性对于提高其性能和应用范围具有重要意义。
总结词
影响光电检测器件稳定性的因素包括材料、工艺、封装等。
详细描述
采用高品质的材料和先进的工艺技术可以制造出具有高稳定性的光电检测器件。此外，良好的封装和保护措施也可以提高器件的稳定性，使其在恶劣环境下仍能保持性能参数的稳定。
led 光电检测参数
led 光电检测参数LED光电检测参数LED光电检测是一种利用光电效应原理进行测量和检测的技术。
LED 光电检测参数是指在LED光电检测过程中需要关注和考虑的一些重要参数。
下面将介绍LED光电检测中常见的几个重要参数。
1. 光电转换效率光电转换效率是指LED光电检测器将入射光转换为电信号的效率。
光电转换效率一般用百分比表示，数值越高表示光电转换效率越好。
光电转换效率受到光电材料的性能和光电器件结构的影响，通常需要通过实验测量来确定。
2. 噪声等效功率噪声等效功率是指在光电检测中由于各种噪声源引起的光电器件的输出功率。
噪声等效功率会导致信号与噪声的比值降低，从而影响检测的灵敏度和精度。
降低噪声等效功率可以采取屏蔽、滤波等措施。
3. 响应时间响应时间是指光电器件由接收到光信号到输出电信号达到稳定的时间。
响应时间的长短决定了光电器件对快速变化光信号的检测能力。
响应时间受到光电器件内部结构和材料特性的影响，一般需要通过实验测量来确定。
4. 动态范围动态范围是指光电器件能够检测的最大和最小光强之间的比值。
动态范围越大表示光电器件对光强变化的适应能力越强。
动态范围受到光电器件的灵敏度和噪声等效功率的影响，可以通过调整工作电压和改变光电材料来改善动态范围。
5. 饱和光强饱和光强是指当光照强度达到一定数值时，光电器件输出电信号不再随光照强度增加而线性增加的光强。
饱和光强受到光电器件的结构和材料特性的影响，一般需要通过实验测量来确定。
6. 波长响应范围波长响应范围是指光电器件对不同波长光的响应能力。
波长响应范围受到光电材料的带隙能量和光电器件结构的影响。
一般来说，LED 光电器件对特定波长的光有较高的响应能力，而对其他波长的光响应较弱。
7. 线性度线性度是指光电器件输出电信号与入射光强之间的关系是否呈线性关系。
线性度好表示光电器件能够准确地将入射光强转换为电信号。
线性度受到光电器件内部结构和材料特性的影响，可以通过优化器件结构和选择合适的材料来改善线性度。
光电参数知识范文
光电参数知识范文光电参数是指以光电效应为基础的参数，用来描述光电传感器的性能和特性。
光电传感器是一种将光信号转化为电信号的装置，广泛应用于工业自动化、无人机、仪器仪表等领域。
了解光电参数对于选择合适的光电传感器，并正确应用在相关领域中具有重要意义。
光电参数包括光电流、光电压、响应时间和光电转换效率等。
光电流是指光电传感器在光照条件下产生的电流，其大小与光照强度成正比。
光电流可通过电流表或光电表进行测量，一般以毫安或微安为单位。
光电流的大小可以反映光电传感器的灵敏度，即在同样的光照条件下，灵敏度较高的光电传感器能够生成更大的光电流。
光电流与光电压是密切相关的。
光电流可以通过光电阻、光电二极管等光电器件转换为光电压，光电压的大小直接与光电流成正比。
光电压常用伏特为单位进行表示。
光电压可以通过示波器或多用表进行测量。
光电压的大小可以反映光电传感器的输出信号强度，即光电传感器输出的电压信号越高，表示其检测到的光信号越强。
除了光电流和光电压，光电传感器的响应时间也是一个重要的光电参数。
响应时间是指光电传感器对光信号的响应速度，即从光照到光电传感器输出电信号的时间间隔。
响应时间越短，表示光电传感器对光信号的响应速度越快，适用于对光信号变化频率较高的应用场合。
光电转换效率是描述光电传感器转换光能到电能的效率，是衡量光电传感器性能的重要指标之一、光电转换效率一般以百分比表示，表示光能转换成电能的比例。
一般情况下，光电转换效率越高，表示光电传感器的能耗越低，性能越优越。
光电传感器的光电转换效率受到材料特性、结构设计和工艺制造等因素的影响。
除了上述的光电参数之外，光电传感器还有其他一些参数，如工作电流、工作电压、功耗、引线电阻等。
这些参数影响着光电传感器的适用范围和工作条件。
在实际应用中，了解和掌握光电参数非常重要。
首先，了解光电参数可以帮助我们选购合适的光电传感器。
不同领域和不同应用场合对光电传感器的性能要求有很大差异，根据具体需求选择合适的光电传感器是十分必要的。
光电检测技术常用器件及应用
3、数字、文字以及图像显示
七段式数码管 14划字码管 文字显示器的内部接线
4、显示器
彩色大面积显示设备，如电子商标及大屏幕显示
LCD
LCD 液晶屏是 Liquid Crystal Display 的简称， LCD 的构造是在 两片平行的玻璃 当中放置液态的 晶体，两片玻璃 中间有许多垂直 和水平的细小电 线，透过通电与 否来控制杆状水 晶分子改变方向， 将光线折射出来 产生画面。
发光二极管的发光机理
发光二极管 （即LED）是一种 注入电致发光器件， 它由P型和 N型半 导体组合而成。其 发光机理常分为PN 结注入发光与异质 结注入发光两种。
1. PN结注入发光
1、制作半导体发光二极管的材料是掺杂的，热平 衡状态下的N区很多自由电子，P区有很多多空穴。 2、当加以正向电压时，N区导带中的电子可越过PN 结的势垒进入P区。P区的空穴也向N区扩散 3、于是电子与空穴有机会相遇，复合发光。由于 空穴迁移率低于自由电子，则复合发光主要发生在 p区。 光的颜色（波长）决定于材料禁带宽度Eg，光的强 弱与电流有关
4. 寿命
发光二极管的寿命定义为亮度降低到原有亮 度一半时所经历的时间。二极管的寿命一般都很 长，在电流密度小于lA/cm2时，一般可达106h， 最长可达109h。随着工作时间的加长，亮度下降 的现象叫老化。电流密度大，老化快。
LED特点
1、 LED辐射光为非相干光，光谱较宽，发散角较大。 2、 LED的发光颜色丰富，通过选用不同的材料，可以实 现各种发光颜色。如采用GaP:ZnO或GaAaP材料的红色 LED，GaAaP材料的橙色、黄色LED，以及GaN蓝色LED 等。 3、LED的辉度高。随着各种颜色LED辉度的迅速提高，即 使在日光下，由LED发出的光也能视认。 4、LED的单元体积小。再加上低电压、低电流驱动的特 点，可作为电子仪器设备、家用电器的指示灯、信号灯的 使用。 5、寿命长，基本上不需要维修。可作为地板、马路、广场 地面的信号光源，是一个新的应用领域。
光电二极管主要参数
光电二极管主要参数
摘要：
一、光电二极管的概念与分类
二、光电二极管的主要参数
1.波长
2.光强或光通量
3.角度
4.额定正向电流If 及相应正向电压Vf
5.反向漏电流Ir
6.最大允许结温
7.封装热阻
三、光电二极管的应用场景
四、总结
正文：
光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的半导体器件，广泛应用于各种光电设备中。
根据半导体材料的不同，光电二极管可分为锗二极管和硅二极管等。
从结构上分，有点接触型、面接触型和平面型二极管等。
光电二极管的主要参数包括波长、光强或光通量、角度、额定正向电流If 及相应正向电压Vf、反向漏电流Ir、最大允许结温和封装热阻等。
波长和光强是描述光电二极管发光特性的重要参数，角度则决定了光电二极管的发散角度。
额定正向电流If 和正向电压Vf 是描述光电二极管的导通特性的参数，
反向漏电流Ir 则描述了光电二极管的反向特性。
最大允许结温和封装热阻则是描述光电二极管的耐热特性的参数。
光电二极管广泛应用于通信、医疗、显示以及工业加工等领域。
例如，在通信领域，光电二极管可用于光纤通信，将光信号转换为电信号进行传输。
在医疗领域，光电二极管可用于光电传感器，实现对生物信号的检测。
在显示领域，光电二极管可用于LED 显示屏，实现对图像的显示。
在工业加工领域，光电二极管可用于激光器，实现对材料的加工。
综上所述，光电二极管作为一种重要的光电器件，具有广泛的应用场景，其性能参数对于其应用效果具有重要影响。
光电检测器件的工作原理及特性
热释电器件只能检测变化的温度。
思考：为什么热释电器件只能检测变化的温度？
相 变：
随着温度的逐渐升高，极化强度越来越弱，当温度达到一特定 温度之后，自发极化强度下降为零，即为极化晶体发生了相变。 极化晶体变为非极化晶体。产生相变的温度为居里温度。
2、辐射热计效应
辐射热计是利用入射辐射使敏感元件的温度提高后从而使电阻 随之改变而测出辐射的探测器。 材料电阻随温度的变化可用下式表示
材料的电阻温度系数
一般情况下： 金属材料的电阻温度系数与温度成反比，αT≈0.0033
αT=1/T
半导体材料的电阻温度系数与T2成反比
αT=-β/T2
辐射热计效应的应用：
探测原理
把冷端分开并与一个电流表连接，当光照熔接端(称为电偶接 头)时，熔接端（电偶接头）吸收光能使其温度升高，电流表 就有相应的电流读数，电流的数值就间接反映了光照能量的 大小。
实际中为了提高测量的灵敏度，常将若干个热电偶串联起来 使用，称为热电堆。它在激光能量计中获得较多应用。
温差电效应主要有三种形式：
黑球温度计：利用黑体吸收辐射热量最强的原理，用一个深 黑色的空心铜球和一支插在铜球中心的温度计构成。测定时 悬挂在测点，大约15分钟后可读出稳定读数。
3、温差电效应
当两种不同的配偶材料(金属或半导体)两端并联熔接时，如 果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为温 差电动势，回路中就有电流流通。
4)、光子牵引效应
当光子与半导体中的自由载流子作用时，光子把动量传递给自 由载流子，自由载流子将顺着光线的传播方向做相对于晶格的 运动。结果，在开路的情况下，半导体样品将产生电场，它阻
第二章 光电检测器件工作原理及特性
散粒噪声也属于白噪声。
8、信噪比（S/N）：
信噪比是判断噪声大小通常使用的参数。它是在负载电 阻RL上产生的信号功率与噪声功率比。 S/N=PS/PN=IS2RL/IN2RL=IS2/IN2 用分贝（dB）表示： （S/N)dB=10lg(IS2/IN2)=20lg(IS/IN)
原子的束缚态电子吸收光子能量并被激发为传导态自由电 子，引起材料载流子浓度增加，因而导致材料电导率增大。 引起材料载流子浓度增加，因而导致材料电导率增大。 属于内光电效应。
包括：
本征和非本征两种，对应本征和杂质半导体材料。
1、本征光电导效应 本征光电导效应：是指本征半导体材料发生光电导效应。
即：光子能量hv大于材料禁带宽度E 即：光子能量hv大于材料禁带宽度Eg的入射光，才能激光出 电子空穴对，使材料产生光电导效应。针对本征半导体材料。即： hv>Eg 即存在截止波长：λ 即存在截止波长：λ0=hc/Eg=1.24/Eg。 基本概念： 基本概念： 1、稳态光电流：稳定均匀光照 、稳态光电流： 3、亮电导率和亮电流 、 2、暗电导率和暗电流 、 4、光电导和光电流 、
的晶体，原因是内部电偶极矩不为零，表面感应束缚电荷。
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P(T2)
P(T1)
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工作温度T1（左）和工作温度T2>T1（右）
极化晶体表面束缚电荷，被周围自由电荷不断中和，表面无电荷。光照时， 晶体温度升高，电偶极子热运动加剧，极化强度减弱，表面感应电荷数减小， 但中和过程（达数秒）要远大于极化强度的响应过程（10-12s），相当于释 放了一些电荷，对外表面为电流。可以在这些电荷被中和之间测量到。