光电探测器响应时间的测试
光电探测器响应时间实验研究-毕业设计论文
光电探测器响应时间实验研究摘要近几十年来，光电探测器在光通信、国防探测、信号处理、传感系统和测量系统等高精尖科技领域得到广泛的应用，在信息为导向的时代，时间就是生命，提高速度的需求日益紧迫，提高光电探测器响应速度的努力几乎从诞生它的一刻起就没停止过。
本实验主要研究光敏电阻和光电二极管的响应时间。
理论分析先从光敏电阻的光谱响应特性、照度伏安特性、频率响应、温度特性和前历效应来考察它的工作影响因素，确定光敏电阻响应时间与其入射光的照度、所加电压、负载电阻及照度变化前电阻所经历的时间的关系。
从光电二极管的模型分析，我们知道光电二极管的响应时间有三个方面决定：①光生载流子在耗尽层附近的扩散时间；②光生载流子在耗尽层内的漂移时间；③与负载电阻并联的结电容所决定的电路时间常数。
文中将详细分析计算对比三个时间的数量级，以确定提高响应速度的最有效途径，并提出改善光电二极管的有效方法和PIN模型。
实验研究时，采用近似脉冲的光源，经探测器的输出信号输入快速响应的CS-1022型示波器，在示波器上直接读出响应时间，分析实验结果，得出影响探测器响应时间的因素。
关键词：光电探测器，响应时间，半导体，影响因素AbstractIn recent decades, photoelectric detectors have been widely used in high-tech areas such as optical communications, national defense detection and signal processing, sensing system and measurement system .in the era which leaded by information, time is life. Improving speed increasingly is urgent needs of photoelectric detector. To improve the response speed, effort haven't been stopped from birth to its moment. This experiment mainly researchs photoconductive resistance and photoelectric diode response time. The theoretical analysis studys photoconductive resistance properties, intensity of illumination volt-ampere characteristics, frequency response and temperature characteristic and former calendar effect to examine its working influence factors, and find out the influencing factors between photoconductive resistance response time and incident light intensity of illumination, voltage, load resistance and the time experienced before intensity of illumination change. From the model analysis of the photoelectric diode, we know that the response time of the photoelectric diode has three aspects: (1) The diffusion time of photon-generated carrier near depletion layer.(2) The drift time of photon-generated carrier in depletion layer .(3) The constant of the circuit decided by junction capacitor which parallel with the load resistance . The detailed analysis and calculation of the order of magnitude of three time will be contrasted to determine the effective ways to improve photoelectric diode’s reaction speed,and the effective PIN model.In the experimental study, we use a pulse generator as light source, and the detector pulse output signal input quick response CS - 1022 type scillograph. So we can read direct response time in oscilloscope directly, then analyze the results, find out the factors which affect the probe response time.Key word:Photoelectric detector, response time, semiconductor, influencing factors目录1 绪论 (1)1.1光电探测器发展历程 (1)1.2近年高速探测器的发展成果 (2)1.3光电探测器的分类 (4)1.4光电探测器的物理基础 (6)2 典型光电探测器响应时间的研究 (10)2.1光电导探测器 (10)2.1.1光电转换原理 (10)2.1.2工作特性分析 (12)2.1.3时间响应特性及改善 (17)2.2 PN结光伏探测器 (17)2.2.1光电转换原理 (18)2.2.2 光伏探测器的工作模式 (19)2.2.3 Si光电二极管的构造与特性分析 (21)2.2.4 频率响应特性及改善探讨 (24)3光电探测器响应时间实验研究 (32)3.1实验原理 (32)3.1.1脉冲响应 (32)3.1.2幅频特性 (33)3.2实验仪器 (34)3.3实验步骤 (35)3.4实验结果与分析 (37)结论 (39)参考文献 (40)致谢 (41)1 绪论自年第一台红宝石激光器问世以来，古老的光学发生了革命性的变化与此同时，电子学也突飞猛进地向前发展。
光电探测器的性能测试与分析
光电探测器的性能测试与分析一、引言光电探测器是一种重要的光电器件，其性能的优劣直接影响到光电仪器的使用效果。
因此，对于光电探测器的性能测试与分析具有重要意义。
本文将从光电探测器的性能测试方法、测试参数的选择、测试结果分析等多个方面进行详细探讨。
二、光电探测器的性能测试方法1. 光谱响应测试光谱响应测试是评估光电探测器对不同波长光的响应能力的重要方法。
常用的测试设备包括光源、光谱辐射计和系统软件等，通过调节光源的波长和强度，测量光电探测器在不同波长下的响应能力。
2. 响应时间测试响应时间是指光电探测器从接收到光信号到达稳定的响应状态所需的时间。
正确测试光电探测器的响应时间可以帮助评估其在高速光信号检测和快速数据采集等应用中的适用性。
常用的测试方法包括脉冲激励法和步阶激励法。
3. 暗电流测试暗电流是指光电探测器在没有光照的情况下产生的电流。
暗电流是评估光电探测器的敏感性能和噪声特性的重要参数。
测试时需要排除光源的影响，并通过调节环境温度等因素来控制暗电流的大小。
4. 噪声测试噪声是光电探测器输出信号中不希望的波动成分，会干扰信号的准确度和稳定性。
常见的噪声包括热噪声、暗噪声和自由噪声等。
噪声测试可以通过测量输出信号的功率谱密度来进行。
三、测试参数的选择在进行光电探测器的性能测试时，需要选择合适的测试参数。
首先，需要根据实际应用需求选择测试范围和测试精度。
其次，需要考虑光电探测器的工作原理、结构特点和材料特性等因素，选择合适的测试方法和测试设备。
最后，需要根据测试结果的应用场景，选择合适的性能指标进行评估。
四、测试结果分析在进行光电探测器的性能测试后，需要对测试结果进行分析。
首先，需要比较测试结果与规格书中的标准值是否一致，以验证光电探测器是否符合规格要求。
其次，需要分析测试结果的稳定性和可重复性，确定光电探测器的长期稳定性能。
最后，需要与其他同类产品进行对比分析，评估光电探测器在市场竞争中的优势和劣势。
光电探测器响应时间的测试2
光电检测的缺点：受光学介质的影响大（水、空气、尘土），成本高些。
光电检测系统组成
待测量 光学系 统
探测器
信 号 处 理
显示 输出
CPU
存 储
几何成像 干涉 衍射 偏振 扫描 全息 光谱 莫尔 （望远、 （应变） 显微、 摄影）
控制
课程主要内容
1. 及光调制原理 2. 光源 3. 探测器
教材和参考书（References)
教材： 光电传感器应用技术 出版时间：2007-10-1 出版社：机械工业 作者：王庆有 参考书：
1、光电信号检测原理与技术 赵远等编 机械工业出版社 2、光电检测技术 曾光宇等编 清华大学出版社 3、光电技术实验 刘振亚等编著 兵器工业出版社 4、光电技术 孙培懋等编著 机械工业出版社 5、光电技术 雷玉堂编著 武汉测绘出版社
课程要求
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讨论： 1、光电探测器响应时间的测试 2、光电探测器输出信号的信噪比匹配 3、光电低噪声放大器、有源滤波器 4、光学调制盘,光栅莫尔条纹测长原理 5、光外差原理、光声调制器 6、激光多普勒测速、莫尔三维测量 成绩
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平时考勤 10分（缺一次扣2.5分）
平时成绩 40分（6选4）每次10分 期末考试 50分
1光电探测器响应时间的测试2光电探测器输出信号的信噪比匹配3光电低噪声放大器有源滤波器4光学调制盘光栅莫尔条纹测长原理5光外差原理光声调制器6激光多普勒测速莫尔三维测量1光电探测器响应时间的测试2光电探测器输出信号的信噪比匹配3光电低噪声放大器有源滤波器4光学调制盘光栅莫尔条纹测长原理5光外差原理光声调制器6激光多普勒测速莫尔三维测量?成绩勤平时考勤10分缺一次扣25分平时成绩分平时成绩40分6选4每次10分期末考试分期末考试50分
光电探测器响应时间的测试实验报告模板
通常，光电探测器输出的电信号都有要在时间上落后于作用在其上的光信号，即光电探测器的输出相对于输入的光信号要发生沿时间轴扩展。
扩展的程序可由响应时间来描述。
光电探测器的这种响应落后于作用信号的特性称为惰性。
由于惰性的存在，会使先后作用的信号在输出端相互交叠，从而降低了信号的调制度。
如果探测器观测的是随时间快速变化的物理量，则由于惰性的影响会造成输出严重畸变。
因此，深入了解探测器的时间响应特性是十分必要的。
一、实验目的（1）了解光电探测器的响应度不仅与信号光的波长有关，而且与信号光的调制频率有关；（2）掌握发光二极管的电流调制法；（3）熟悉测量控测器响应时间的方法。
二、实验内容（1）用探测器的脉冲响应特性测量响应时间；（2）利用探测器的幅频特性确定其响应时间。
三、基本原理表示时间响应特性的方法主要有两种，一种是脉冲响应特性法，另一种是幅频特性法。
1. 脉冲响应响应落后于作用信号的现象称为弛豫。
对于信号开始作用时产弛豫称为上升弛豫或起始弛豫；信号停止作用时的弛豫称为衰减弛豫。
弛豫时间的具体定义如下：如用阶跃信号作用于器件，则起始弛豫定义为探测器的响应从零上升为稳定值的（1-1/e）（即63%）时所需的时间。
衰减弛豫定义为信号撤去后，探测器的响应下降到稳定值的1/e（即37%）所需的时间。
这类探测器有光电池、光敏电阻及热电探测器等。
另一种定义弛豫的时间的方法是：起始弛豫为响应值从稳态值的10%上升到90%所用的时间；衰减弛豫为响应从稳态值的90%下降到10%所用的时间。
这种定义多用于响应速度很快的器件，如光电二极管、雪崩光电二极管和光电倍增管等。
若光电探测器在单位跃信号作用下的起始阶跃响应函数为[1-exp(-t/τ1)]，衰减响应函数为exp(-t/τ2),则根据第一种定义，起始弛豫时间为τ1，衷减弛豫时间性为τ2。
此外，如果测出了光电探测器的单位冲激响应函数，则可直接用其半值宽度来表示时间特性。
为了得到具有单位冲激函数形式的信号光源，即δ函数光源，可以采用脉搏冲式发光二极管、锁模激光器以及火花源等光源来近似。
光电探测器的性能测试与分析
光电探测器的性能测试与分析光电探测器是一种广泛应用于光学、光电子学、光电通信、生物医学等领域的基础元器件，具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好、成本低等优点。
然而，光电探测器的性能测试与分析是确保其正常工作和优化设计的必要步骤。
本文将介绍光电探测器的性能测试与分析方法。
一、光电探测器的基本结构和工作原理光电探测器是一种将光信号转化为电信号的器件，其基本结构包括光敏元件、前置放大电路和输出电路。
光敏元件通常采用半导体材料，如硅、锗、InGaAs等，具有光电转换和放大作用。
前置放大电路主要起放大和滤波功能，能够放大光电信号，并去除其中的杂音和干扰。
输出电路则将放大的信号输出到外部测量仪器或其他电子设备中。
在工作原理上，光电探测器一般采用光电效应或击穿效应。
光电效应是指光子通过光敏元件后形成电子-空穴对，进而产生电流。
击穿效应则是指当光信号足够强时，光敏元件内的电荷载流子得以大量产生，从而使电流产生剧烈变化。
二、光电探测器的性能指标光电探测器的性能指标通常包括以下几个方面：1. 灵敏度：指单位光功率下探测器输出信号的大小，单位一般为安培/瓦特（A/W）。
2. 相应速度：指探测器对光信号的响应速度，单位一般为赫兹（Hz）或皮秒（ps）。
3. 噪音等效功率：指在没有光信号的情况下，探测器输出的随机噪声功率密度，单位一般为瓦特（W）或分贝（dBm）。
4. 动态范围：指探测器能够处理的最大信号与最小信号之间的比值，单位一般为分贝（dB）。
5. 波长响应范围：指探测器对光信号的波长响应区间，单位一般为纳米（nm）。
以上性能指标是评估光电探测器性能好坏的重要标准。
三、光电探测器的性能测试步骤对光电探测器进行性能测试是确保其正常工作和优化设计的必要步骤。
下面介绍典型光电探测器的性能测试步骤：1. 灵敏度测试：将探测器置于恒强光源下，通过测量输出电流和光功率计算灵敏度。
2. 噪音等效功率测试：将探测器置于黑暗环境下，测量输出电流，通过绘制功率谱密度曲线来计算噪声等效功率。
光电探测器的灵敏度与响应时间研究与探索
光电探测器的灵敏度与响应时间研究与探索哎呀，说起光电探测器，这可真是个有趣又重要的东西！你想想，在我们生活的这个科技飞速发展的时代，从智能手机的摄像头到太空望远镜，从医疗设备到自动驾驶汽车，到处都有光电探测器的身影。
我记得有一次，我参加了一个科技展览。
在那里，我看到了一个展示光电探测器应用的展台。
展示人员拿着一个小小的光电探测器模块，给我们演示它是如何工作的。
他用一束很微弱的光线照射在探测器上，旁边的仪器立刻就显示出了光线的强度和相关的数据。
我当时就特别好奇，这么小的一个东西，怎么就能这么灵敏地检测到光线的变化呢？这就不得不提到光电探测器的灵敏度啦。
灵敏度可是衡量光电探测器性能的一个关键指标。
简单来说，就是它能多敏锐地察觉到光的存在和变化。
比如说，在夜晚拍摄星空的时候，如果光电探测器的灵敏度不够高，那可能就捕捉不到那些微弱的星光，我们看到的星空照片就会是一片漆黑，啥也看不清。
但要是灵敏度高呢，就能把那些暗淡的星星都清晰地呈现出来，给我们带来美轮美奂的星空图。
那光电探测器的灵敏度到底是怎么实现的呢？这就得从它的工作原理说起。
光电探测器就像是一个超级敏感的“小眼睛”，当光线照射到它上面时，会引发一系列的物理和化学变化。
就好比是一场微小的“光的派对”，光子们和探测器内部的材料相互作用，产生了电流或者电压的变化。
而这个变化的大小，就决定了探测器的灵敏度高低。
为了提高光电探测器的灵敏度，科学家们可是绞尽了脑汁。
他们不断地研究和改进探测器的材料，寻找那些对光更加敏感的物质。
就像在一堆水果中，挑选出最甜、最饱满的那一个一样。
比如说，有些材料能够吸收更多的光子，转化效率更高；有些材料则能够在更低的光强度下就产生明显的响应。
除了材料，探测器的结构设计也很重要。
想象一下，一个精心设计的房子，每个房间的布局都恰到好处，通风采光都极佳。
光电探测器也是这样，合理的结构能够让光线更好地被接收和处理，从而提高灵敏度。
比如说，增加探测器的接收面积，就像给“小眼睛”戴上了一副大眼镜，能看到更多的光；或者优化内部的电路设计，让信号传输更加顺畅，减少损耗。
光电探测器相对光谱响应度的测试
光谱响应度是光电探测器的基本性能参数之一，它表征了 光电探测器对不同波长入射辐射的响应。 通常热电探测器的光谱响应较平坦，而光子探测器的响应 却具有明显的选择性。
一、实验目的
1、加深对光敏二极管、光敏三极管、光电池、光敏电阻原 理的理解； 2、加深对光谱响应度概念的理解； 3、掌握光谱响应度的测试方法； 4、掌握热释电探测器、光敏二极管、光敏三极管、光电池、 光敏电阻的使用。
R相对 l I标 l R标 l max
在实际测量时，每个探测器输出的光电流都要经过 I-V变换 为电压信号，即计算机采集到的是电压信号，软件的数据 处理过程中，将此电压信号除以反馈电阻值就是光电探测 器响应的电流I(l)。
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三、实验装置
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四、实验步骤
1、打开光源开关，将单色仪入射狭缝S1的大小调到1mm，调整聚光镜的位置，使光源发 出的光经会聚后准确投射到狭缝S1处； 2、把装有标准探测器（光电三极管）的模块放在单色仪出射狭缝后的套筒内，并用旋钮 将其固定； 3、在控制面板上，把标准探测器光电三极管模块所带数据线的红色插头插在图 12-3中的 孔1中，黑色插头插在孔2中，选择10K的电阻插在孔4和5上； 4、接通仪器总电源； 5、调整单色仪出射狭缝大小为0.5mm； 6、运行软件，选择“探测器光谱响应”标签页，点屏幕右下角的“启动单色仪”，单色 仪初始化完成后，在“波长扫描目标位置”框中输入370nm，然后点击“扫描”，待单色 仪扫描到370nm后，点击左侧的“采集数据”（此按键有自动按现在单色仪的目标位置以 波长扫描间距为步长增加波长的功能），数据采集将从380nm开始采集数据； 7、更换被测探测器：光敏二极管、光敏电阻、硅光电池，把单色仪扫描到370nm位置， 重复以上步骤，注意在步骤3中，光敏二极管、光敏电阻各自模块所带数据线的红色插头 插在图14-4中的孔 1中，黑色插头插在孔 2中；光敏二极管在孔 4和 5上插500K电阻，光敏 电阻在孔4和5上插1K电阻；硅光电池的红色插头插在图 14-4中的3，黑色插头插在其中的 2，4和5上插500K的电阻。对于被测探测器在软件上最好需要按“数据归一化”按钮； 8、数据采集完之后按“数据归一化”按钮，得到相对光谱响应度，屏幕右侧显示出相对 6 光谱响应度随波长的变化曲线。
光电探测器参数测量
光电探测器特性测量实验实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司版权所有不得翻印光电探测器特性测量实验一、 引言光电探测器可将一定的光辐射转换为电信号，然后经过信号处理，去实现某种目的，它是光电系统的核心组成部分，其性能直接影响着光电系统的性能。
因此，无论是设计还是使用光电系统，深入了解光电探测器的性能参数都是很重要的。
通常，光电探测器的光电转换特性用响应度表示。
响应特性用来表征光电探测器在确定入射光照下输出信号和入射光辐射之间的关系。
主要的响应特征包括：响应度、光谱响应、时间响应特性等性能参数。
本实验内容主要是光电探测器性能参数测量和光电探测器的一般使用方法，并专门列举了几种常用的光电探测器的使用方法。
第一部分 光电探测器光谱响应度的测量光谱响应度是光电探测器的基本性能参数之一，它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。
通常热探测器的光谱响应较平坦，而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。
一般情况下，以波长为横坐标，以探测器接收到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标，绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。
典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1-1所示。
一.基本原理光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。
电压光谱响应度()λRv 定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示，则为()()()λλλP V Rv = （1-1） 而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示()()()λλλP I R i = （1-2） 式中，()λP 为波长λ时的入射光功率；()λV 为光电探测器在入射光功率()λP 作用下的输出信号电压；()λI 则为输出用电流表示的输出信号电流。
这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得入射光功率为()λP 时的输出电压为()λf V 。
若用f R 表示热释电探测器的响应度，则显然有()()f f f K R V P λλ=（1-3）这里f K 为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘积，即总的放大倍数。
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光电探测器响应时间的测试
摘要：光电探测器是光电系统的核心组成部分，其性能直接影响着光电系统的性能。
该文通过用探测器的脉冲响应特性测量响应时间，利用探测器的幅频特性确定其响应时间。
该文分析了光电探测器的响应度不仅与信号光的波长有关，而且与信号光的调制频率有关，在提出测量探测器响应时间的方法的同时分析了误差的产生原因和解决办法。
关键词：光电探测器?响应时间?示波器
光电系统就是以光波作为信息和能量的载体而实现传感”传输”探测等功能的测量系统。
可以认为光电系统是工作于电磁波波谱图上最后一个波段—光频段的电子系统，光电探测器的输出相对于输入的光信号要发生沿时间轴的扩展。
扩展的程序可由响应时间来描述。
光电探测器的这种响应落后于作用信号的特性称为惰性。
如果探测器观测的是随时间快速变化的物理量，则由于惰性的影响会造成输出严重畸变。
因此，深入了解探测器的时间响应特性是十分必要的。
1 响应时间的测试?
1.1 基本原理
表示时间响应特性的方法主要有两种，一种是脉冲响应特性法，另一种是幅频特性法。
脉冲响应：响应落后于作用信号的现象称为弛豫。
光电探测器在单位阶跃信号作用下的起始阶跃响应函数为〔1-exp（-t/τ1），衰减响应函数为exp（-t/τ2），编写Matlab程序并通过Matlab绘制了上升响应时间和下降响应时间的图型。
幅频特性：由于光电探测器惰性的存在，使得其响应度不仅与人射辐射的波长有关，而且还是人射辐射调制频率的函数。
通常定义光电探测器对正弦光信号的响应幅值同调制频率间的关系为它的幅频特性。
1.2 测试过程
光电探测器时间常数测试实验箱：20?m双踪示波器;毫伏表。
在光电探测器时间常数测试实验箱中，提供了需测试两个光电器件：峰值波长为900?nm的光电二极管和可见光波段的光敏电阻。
所需的光源分别由峰值波长为900?nm的红外发光管和可见光（红）发光管来提供。
根据需要，光源的驱动电源有脉冲和正弦波两种，并且频率可调。
需要注意的是，示波器记录的时间响应包括三个方面的贡献：探测器的响应时间，电缆传输线和同轴电缆接头的色散以及示波器的分辨时间。
(1）用脉冲法测量光电二极管的响应时间。
(2）用脉冲法测量光敏电阻的响应时间。
(3）用幅频特性法测量CdSe光敏电阻响应
时间。
(4）用截止频率法测量CdSe光敏电阻响应时间。
1.3 测试误差分析
考虑到实验仪器有示波器，需要注意的是，示波器记录的时间响应包括三个方面的贡献：探测器的响应时间，电缆传输线和同轴电缆接头的色散以及示波器的分辨时间。
在信号电缆长度较短（<2?m）时，电缆长度对探测器时间响应影响不大。
实线—2?m；虚线—1?m；点线—0.5?m
同时示波器带宽对探测器时间响应影响极其显著。
带宽，GHz：实线—6；虚线—4；点线—1
2 结语
由于光电探测器输出的电信号都要在时间上落后于作用在其上的光信号，即光电探测器的输出相对于输人的光信号要发生沿时间轴的扩展。
所以深人了解探测器的时间响应特性是十分重要。
而表示时间响应特性的方法主要包括有脉冲响应特性法和幅频响应特性法。
我们在实验过程中，了解了光电探测器的响应度不仅与光波长有关，也与信号关的调制频率有关，熟悉了测量探测器响应时间的方法。
我们也思考：(1）如果要测量响应速度更快的光电探测器响应时
间久必须提高光源调整频率，那么还有其他哪些方法可以。
(2）有没有更加合适的测试器材或者新型的仪器？通过对误差分析可知，至少在对示波器的选择上，需要选择更为高带宽先进的示波器以减少误差。
(3）实验中CdSe光敏电阻在光强度不同的光束照射下的响应时间有没有区别等问题。
同时我们也思考到对测试误差的分析：考虑到实验仪器有示波器，需要注意的是，示波器记录的时间响应包括三个方面的贡献：探测器的响应时间，电缆传输线和同轴电缆接头的色散以及示波器的分辨时间。
参考文献
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