光电探测器性能的参数(精)

光电探测器综述(PD)讲解

光电探测器综述摘要：近年来，围绕着光电系统开展了各种关键技术研究，以实现具有高集成度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器（Photodetector）及光电集成电路（OEIC）已成为新的重大挑战。

尤其是具有高响应速度，高量子效率和低暗电流的高性能光电探测器，不仅是光通信技术发展的需要，也是实现硅基光电集成的需要，具有很高的研究价值。

本文综述了近十年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方向，对其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。

关键词：光电探测器，Si ,CMOSAbstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, highperformance, low power consumption and low cost of photoelectricdetector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) hasbecome a major new challenge. Especially high response speed ，highquantum efficiency, and low dark current high-performance photodetector,is not only the needs for development of optical communication technology,but also realize the needs for silicon-based optoelectronic integrated,has thevery high research value.This paper reviews the development of differentcharacteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses thephotodetector development direction in the next few years,the study of highperformance photoelectric detector, the structure, and related technology,manufacturing, has very important practical significance.Key Word: photodetector, Si ,CMOS一、光电探测器1.1概念光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用，这主要是基于半导体材料的光生伏特效应，所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。

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。

光电探测器的性能参数

（W-1）显然，D愈大，光电探测器的性能就愈好。探测率D所提供的信息与NEP一样，也是一项特征参数。
1 Vs / VN D NEP P
优劣。为此．引入两个新的性能参数 —— 探测率D和比探测率D*
●显然，D愈大，光电探测器的性能就愈好。
它描述的特性是：光电探测器在它的噪声电平之上产生一个可观测的电信号的本领，即光电探测器能响应的入射光功率越小，则其探测率越高。
光电信号处理
光电探测器的性能参数
1.1.3 光电探测器的性能参数
光电系统一般都是围绕光电探测器的性能进行设计的，探测器的性能由特定工作条件下的一些参数来表征。
光电探测器的工作条件
光电探测器的性能参数与其工作条件密切相关，所以在给出性能参数时，要注明有关的工作条件。主要工作条件有： 1．辐射源的光谱分布 2．电路的通频带和带宽 3．工作温度 4．光敏面尺寸 5．偏置情况
S Ps I s2 RL I s2 即： 2 2 N PN I N RL I N
●利用S／N评价两种光电探测器性能时，必须在信号
辐射功率相同的情况下才能比较。
●对单个光电探测器，其S/N的大小与入射信号辐射
功率及接收面积有关。如果入射辐射强，接收面积大．S/N就大，但性能不一定就好。因此用S/N评价器件有一定的局限性。
2．等效噪声输入(ENI)功率
●定义：探测器在特定带宽内(1Hz)产生的均方
根信号电流恰好等于均方根噪声电流值时辐射源的输入通量，此时，其他参数，如频率温度等应加以规定。
●这个参数是在确定光电探测器件的探测极限
(以输入通量为瓦或流明表示)时使用。
3．噪声等效功率(NEP)
（最小可探测功率Pmin）

光电探测器

Id为探测器的暗电流，M为探测器的内增益
种类
• • • • 真空管光电探测器（PMT等）半导体光电探测器热电探测器多通道探测器、成像器件
1.真空管光电探测器
• 利用在真空中光阴极受光辐照后产生光电子发射效应
光电阴极材料 • 光吸收系数大 • 传输能量损失小 • 光电子逸出功低
探测器窗口 • 透过率大
G n
AE

1.2光电倍增管
主要指标：
4. 暗电流 • 主要来源于阴极和倍增级的热电子发射 • 决定了光电倍增管可探测的最小光功率 • 暗电流与管子的工作温度以及所加电压有关
1.2光电倍增管
主要指标：
5.噪声等效功率 • 与阳极暗电流相等的阳极输出电流所需要的光功率决定了光电倍增管可探测的最小光功率 • ～10-15—10-16瓦， • ～10-18—10-19瓦（冷却后），单光子探测水平
单位时间内流出探测器件的光电子数与入射光子数之比
如有一探测器的灵敏度为0.5 A/W,其量子效率为多少(光波长为1um)？
光探测器－参数
2.噪声等效功率（NEP） • 信噪比: SNR 信号的峰值和噪声的有效值(√带宽)之比
• NEP
NEP P S / N 1/ Hz
单位为W/Hz1/2
R1
C
R2
Vs
fC
图2.3 探测器的频率响应
f
Vmax
1 = c
T
i t dt
0
光探测器－参数
响应光谱频谱响应噪声
光探测器－噪声
1. 热噪声(thermal noise 或称Johnson noise)
白噪声
热噪声均方振幅电压值：

光电探测器简介演示

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。

光电探测器参数测量

实验仪器
光电探测器时间常数测试实验箱：双踪示波器。光电探测器时间常数测试实验箱：20M双踪示波器。双踪示波器在光电探测器时间常数测试实验箱中，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900nm的光电二极管和可两个光电器件：峰值波长为的光电二极管和可见光波段的光敏电阻。见光波段的光敏电阻。所需的光源分别由峰值波长为 900nm的红外发光管和可见光 900nm的红外发光管和可见光（红）发光管来提供。的红外发光管和可见光（发光管来提供。光电二极管的偏压与负载都是可调的，偏压分为5V、光电二极管的偏压与负载都是可调的，偏压分为、 10V、15V三档，负载分三档，殴姆、殴姆殴姆、、三档负载分100殴姆、1K殴姆、10K殴殴姆殴殴姆、殴姆五档。姆、50K殴姆、100K殴姆五档。根据需要，光源的驱殴姆殴姆五档根据需要，动电源有脉搏冲和正弦波两种，并且频率可调。动电源有脉搏冲和正弦波两种，并且频率可调。
转动光谱手轮，转动光谱手轮，记下探测器的入射波长及毫伏表上相应波长的输出电压值，及毫伏表上相应波长的输出电压值，并填入表1-1。填入表。用光电二极管换下热释电器件，用光电二极管换下热释电器件，给光电二极管加上+12V电压，重复步骤，将电压，二极管加上电压重复步骤4，数据记入表1-1。数据记入表。
负载电阻RL/Ω 响应时间tr/s 51 100 1k 10k 100k
用脉冲法测量光敏电阻的响应时间
光敏电阻所加偏压为15V,负载是负载是10k,是不光敏电阻所加偏压为负载是是不可调的。偏压”档和“负载” 可调的。故“偏压”档和“负载”档在此时不起作用。起作用。将实验面版上“波形选择” 将实验面版上“波形选择”开关拔至脉冲档，“探测器选择”开关拔至光敏电阻档，此探测器选择”开关拔至光敏电阻档，时由“输入波形” 时由“输入波形”的光敏电阻处应可观测到方输出”处引出的输出线（蓝线）波，由“输出”处引出的输出线（蓝线）即可得到光敏电阻的输出波形，调节“频率调节” 得到光敏电阻的输出波形，调节“频率调节” 旋钮使频率为20Hz，测出其响应时间并记录。旋钮使频率为，测出其响应时间并记录。

光电探测器原理

光电探测器功能及应用表征光电探测器性能参数主要有：量子效率、响应度、频率响应、噪声和探测度等。

其中量子效率和响应度表征了光电探测器将入射光转换成光电流本领的大小，频率响应表征了光电探测器工作速度的快慢，噪声和探测度表征了光电探测器所能探测到最小的入射光能量。

一、有关响应方面的性能参数1. 响应率（Responsivity）RV或RI表征探测器将入射光信号转换成电信号的能力电流的响应率RI：探测器将入射光信号转换成电流信号Ie的能力。

电压响应率RV：探测器将入射光信号转换成电压信号Ve的能力。

2.单色灵敏度Rλ --- 波长为l的单色辐射源单色灵敏度：输出的光电流iλ与波长为λ的入射到探测器的单色辐射光通量Pλ（或照度）之比3.积分灵敏度--- 复色辐射源表示探测器对连续入射光辐射的反应灵敏程度4. 响应时间描述光电器件对入射辐射响应快慢的参数5. 频率响应度二、有关噪声方面的参数1、信噪比信噪比是判定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之比，（S――Signal N――Noise）2. 噪声等效功率（NEP）3. 探测率与比探测率三、其它参数1. 量子效率描述光电转换器件光电转换能力的一个重要参数2.线性度线性度是描述光电探测器输出信号与输入信号保持线性关系的程度。

工作参数为了提高传输效率并且无畸变地变换光电信号，就要使相互连接的各器件都处于最佳的工作状态，所以光电探测器要与被测信号、光学系统以及后续的电子线路在特性和工作参数上相匹配。

1、灵敏度（或称响应度）灵敏度RV （或RI ）的定义为：探测器输出电压VS（或输出电流IS）与输入光功率P之比。

由于灵敏度与入射光波长关系密切。

入射波长不同，探测器的灵敏度也不同，所以一般还须给出灵敏度的光谱响应特性。

在光谱响应特性曲线中，探测器的光谱响应范围是峰值灵敏度下降一半时的波长范围。

但对具体器件的光谱响应范围的定义可能不同，例如对光电倍增管的定义为下降到峰值灵敏度的1% 或0.1%的波长范围。

光电探测器开关比参数

光电探测器开关比参数一、什么是光电探测器的开关比参数？光电探测器的开关比参数是指在光照条件下，光电探测器输出信号的比值。

它通常用来衡量光电探测器在光照条件变化时的灵敏度和稳定性。

开关比参数越大，代表光电探测器的性能越好。

二、开关比参数的影响因素1. 光电探测器的材料：不同材料具有不同的光电特性，因此会对开关比参数产生影响。

例如，硅材料的光电探测器在可见光范围内具有较高的开关比参数。

2. 光电探测器的结构：光电探测器的结构也会对开关比参数产生影响。

例如，PN结构的光电探测器具有较高的开关比参数，而PIN 结构的光电探测器则具有较低的开关比参数。

3. 光电探测器的工作温度：光电探测器的工作温度也会对开关比参数产生影响。

一般来说，光电探测器在较低的工作温度下具有较高的开关比参数。

三、开关比参数的应用领域光电探测器的开关比参数在许多领域都有着广泛的应用。

以下是一些典型的应用领域：1. 光通信：光电探测器的开关比参数决定了其在光通信系统中的灵敏度和传输速率。

高开关比参数的光电探测器可以实现高速率的光通信传输。

2. 光电子学：光电探测器的开关比参数对光电子学设备的性能有着重要影响。

例如，在激光器中，光电探测器的开关比参数决定了激光器的输出功率和稳定性。

3. 光谱分析：光电探测器的开关比参数可以用于光谱分析。

通过测量光电探测器在不同波长下的开关比参数，可以获得光谱信息，用于材料分析和光学测量等领域。

四、如何提高光电探测器的开关比参数？1. 优化材料选择：选择具有较高光电特性的材料，如硅材料，可以提高光电探测器的开关比参数。

2. 优化结构设计：合理设计光电探测器的结构，如选择PN结构或APD结构，可以提高开关比参数。

3. 控制工作温度：通过控制光电探测器的工作温度，可以影响其开关比参数。

一般来说，较低的工作温度有助于提高开关比参数。

光电探测器的开关比参数并不能完全代表其性能。

开关比参数只是衡量光电探测器在光照条件下的灵敏度和稳定性的一个指标，还需要考虑其他因素，如响应时间、线性度和噪声等。