光电探测器
消防光电探测器原理
消防光电探测器原理
光电探测器是一种常用于消防系统中的设备，用于检测烟雾或火焰的存在。
它的原理是利用光电效应来检测烟雾或火焰引起的光的变化。
光电探测器由两个主要部分组成：光源和光电传感器。
光源可以是一个发光二极管，发射红外光或可见光。
光电传感器通常是光敏二极管，用于接收光源产生的光。
当没有烟雾或火焰时，光源发射的光会直接照射到光敏二极管上，没有阻挡或干扰。
当烟雾或火焰产生时，它们会散射或吸收光源发出的光，导致光敏二极管接收到的光减少。
光电探测器会通过测量光敏二极管接收到的光的强度变化来判断是否存在烟雾或火焰。
当光敏二极管接收到的光强度下降到一定程度时，探测器会触发报警信号，以提醒人们可能发生火灾。
为了提高探测器的准确性和灵敏度，一些光电探测器还采用了特殊的光学设计和滤波器来过滤掉其他光干扰，只检测特定波长范围内的光变化。
总之，光电探测器利用光电效应来检测烟雾或火焰引起的光的变化。
通过测量光敏二极管接收到的光的强度变化，探测器可以准确地判断是否存在火灾，从而触发相应的报警系统。
光电信号检测光电探测器概述概要课件
光电探测器的工作原理
光电探测器的工作原理基于光子与物质相互作用产生电子-空穴对或光生电场效 应，从而将光信号转换为电信号。
具体来说，当光子照射到光电探测器的敏感区域时，光子能量被吸收并产生电子 -空穴对，这些电子-空穴对在电场的作用下分离并形成光电流，从而完成光信号 到电信号的转换。
光电探测器的应用领域不断拓 展，如物联网、智能制造、无 人驾驶等新兴领域，为市场发 展带来更多机遇。
05
光电探测器的挑战与展望
光电探测器的挑战与展望
• 光电探测器是用于检测光信号并将其转换为电信号的器件，广泛应用于光通信、环境监测、安全监控等领域。随着光电子技术的发展，光电 探测器的性能不断提高，应用范围不断扩大。
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04
光电探测器的市场前景
全球市场情况
光电探测器在全球范围内应用广泛，包括通信、工 业、医疗、安全等领域。
随着技术的不断进步和应用需求的增加，全球光电 探测器市场规模持续增长。
市场竞争激烈，各大厂商在技术研发、产品创新等 方面不断投入，以提高市场份额。
中国市场情况
02
01
03
中国光电探测器市场发展迅速，成为全球最大的光电 探测器市场之一。
光电探测器的分类
01
光电探测器可以根据工作原理、材料、波长响应范围、光谱响应特、光电发射型等；按材料可分为硅基、锗 基、硫化铅等；按波长响应范围可分为可见光、红外、紫外等；按光谱响应特 性可分为窄带、宽带等。
03
•·
02
光电探测器的应用
通信领域的应用
光纤通信
光电探测器在光纤通信中起到至关重要的作用。它们能够将光信 号转换为电信号，使得信息的传输和处理成为可能。
光电探测器
光电探测器光电探测器是利用辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象的原理而制成的器件。
它的的工作原理是基于光电效应（包括外电光效应和内电光效应）。
根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类：一类是光子型探测器；另一类是热探测器。
其中光子探测器包括真空光电器件（光电倍增管等）和固体光电探测器（光电二极管、光导探测器、CCD等）。
1光子探测器1）原理光子探测器利用外光电效应制成的光子型探测器是真空电子器件，如光电管、光电倍增管和红外变像管等。
这些器件都包含一个对光子敏感的光电阴极，当光子投射到光电阴极上时，光子可能被光电阴极中的电子吸收，获得足够大能量的电子能逸出光电阴极而成为自由的光电子。
在光电管中，光电子在带正电的阳极的作用下运动，构成光电流。
光电倍增管与光电管的差别在于，在光电倍增管的光电阴极与阳极之间设置了多个电位逐级上升并能产生二次电子的电极（称为打拿极）。
从光电阴极逸出的光电子在打拿极电压的加速下与打拿极碰撞，发生倍增效应，最后形成较大的光电流信号。
因此，光电倍增管具有比光电管高得多的灵敏度。
红外变像管是一种红外-可见图像转换器,它由光电阴极、阳极和一个简单的电子光学系统组成。
光电子在受到阳极加速的同时又受到电子光学系统的聚焦，当它们撞击在与阳极相连的磷光屏上时，便发出绿色的光像信号。
2）光电管光电管原理是光电效应。
一种是半导体材料类型的光电管，它的工作原理光电二极管又叫光敏二极管，是利用半导体的光敏特性制造的光接受器件。
当光照强度增加时，PN结两侧的P区和N区因本征激发产生的少数载流子浓度增多，如果二极管反偏，则反向电流增大，因此，光电二极管的反向电流随光照的增加而上升。
光电二极管是一种特殊的二极管，它工作在反向偏置状态下。
常见的半导体材料有硅、锗等。
如我们楼道用的光控开关。
还有一种是电子管类型的光电管，它的工作原理用碱金属（如钾、钠、铯等）做成一个曲面作为阴极，另一个极为阳极，两极间加上正向电压，这样当有光照射时，碱金属产生电子，就会形成一束光电子电流，从而使两极间导通，光照消失，光电子流也消失，使两极间断开。
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。
光电探测器
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：
什么是光的光电探测器和光电导
什么是光的光电探测器和光电导？光的光电探测器和光电导是光电传感器的重要类型，用于检测和测量光信号。
本文将详细介绍光的光电探测器和光电导的原理、结构和应用。
1. 光电探测器（Photodetector）的原理和结构：光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件。
它基于光子的能量被半导体材料吸收，激发带载流子，从而形成电流的原理。
最常见的光电探测器类型是光电二极管（Photodiode）和光电倍增管（Photomultiplier Tube），前文已经详细介绍过。
除了这两种常见类型，还有其他一些光电探测器，如光电晶体管、光电场效应晶体管和光电导等。
光电探测器的结构和工作原理与具体的类型有关。
总体而言，光电探测器通常包括光敏元件、电极、引线和封装等部分。
光敏元件是用于吸收光信号并产生电荷载流子的材料，电极用于收集和测量电流，引线用于连接光电探测器与外部电路，封装则是保护和固定光电探测器的外壳。
2. 光电探测器的应用：光电探测器在许多领域有着广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：-光通信：光电探测器用于接收光信号，将光信号转换为电信号，并通过电路进行处理和解码，实现光通信的接收端。
-光测量：光电探测器可以用于测量光的强度、波长、频率和相位等参数，用于光谱分析、光度计和光谱仪等。
-光电检测：光电探测器可以用于检测物体的存在、位置和运动等，用于光电开关、光电传感和光电探测等应用。
-光电能转换：光电探测器可以将光能转化为电能，用于太阳能电池板和光伏发电系统等。
3. 光电导（Photoconductor）的原理和结构：光电导是一种能够根据光信号的强度来改变电导率的材料。
光电导的原理是光照射到材料上时，光子的能量被吸收，激发带载流子，从而改变材料的导电性能。
光电导材料通常是半导体材料，如硒化铟（Indium Selenide）、硒化镉（Cadmium Selenide）和硒化铅（Lead Selenide）等。
光电探测器原理
光电探测器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、光测量、光学成像等领域有着广泛的应用。
光电探测器的原理是基于光电效应和半导体器件的特性，通过光的照射使半导体器件产生电荷载流子，从而实现光信号到电信号的转换。
本文将介绍光电探测器的工作原理、结构特点及应用领域。
光电探测器的工作原理主要基于光电效应，即当光线照射到半导体材料表面时，光子能量被半导体吸收，激发出电子和空穴对。
在外加电场的作用下，电子和空穴被分离，从而产生电流。
这种光电效应是光电探测器能够将光信号转换为电信号的基础。
另外，光电探测器还利用了半导体器件的PN结构，通过光的照射改变PN结的导电特性，从而实现对光信号的探测和转换。
光电探测器的结构特点主要包括光电转换元件、信号放大电路和输出接口。
光电转换元件是光电探测器的核心部件，它通常采用硅、锗、InGaAs等半导体材料制成，具有高灵敏度和快速响应的特点。
信号放大电路用于放大光电转换元件产生的微弱电信号，以提高信噪比和传输距离。
输出接口将放大后的电信号转换为可用的电压或电流信号，以便接入到其他电子设备中进行信号处理和传输。
光电探测器在光通信、光测量、光学成像等领域有着广泛的应用。
在光通信系统中，光电探测器用于接收光信号并转换为电信号，实现光信号的调制和解调。
在光测量领域，光电探测器可以用于测量光强、光功率和光谱等参数，实现对光信号的精确测量和分析。
在光学成像系统中，光电探测器可以将光信号转换为图像信号，实现对光学图像的采集和处理。
总之，光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的重要器件，它的工作原理基于光电效应和半导体器件的特性，具有灵敏度高、响应速度快的特点。
光电探测器在光通信、光测量、光学成像等领域有着广泛的应用前景，将在未来发挥越来越重要的作用。
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。
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式中 I——流过光电导器件的平均电流； ——载流子的平均寿命； e——载流子在光电导器件两电极间的平均漂移时间； F——测量电路的带宽。
产生–复合噪声与频率f有关，属于非白噪声。但在相对低频的条件 下，即 4 2 f 2 2 1时，公式可简化为
I
2 n
4qI (
/ c )f
(6-13)
该式与散弹噪声表达式相类似，可认为是近似的白噪声。
15
系统的等效噪声带宽还可以用调制传递函数He(f)来表示
f
0
D(
f
)
H
2 e
(
f
)df
(6-18)
对于白噪声来说D(f)＝1，所以有f0H2 e
(
f
)df
对于一个电压放大电路有
He ( f ) AV ( f ) / AV
式中，AV(f)电路电压放大倍数的频率响应；AV:中心频率或零频时的
12
4. 产生–复合噪声(g—r噪声，GenerationRecombination noise )
光电导探测器因光(或热)激发产生载流子和载流子复合(或
寿命)这两个随机性过程，引起电流的随机起伏形成产生–复合
噪声。该噪声的电流均方值为
I
2 n
4qI ( / c )f 1 4 2 f 2 2
(6-12)
电压放大倍数。
于是有
f
[
0
AV
(
f
)
/
AV
]2
df
1
AV2
0
AV2
(
f
)df
(6-19)
16
设有一低通型电压放大器如图，它由电压放大倍数AV=50的放大器 与RC低通滤波器组成，其放大倍数的频率响应为
AV ( f ) AV /(1 jCR)
该复数的模AV(f)为 AV ( f )
所以
AV
各种噪声可能不属于同一起因与类型，但是 为了计算和分析的方便，可以用一个电阻的热噪 声来等效，称为等效噪声电阻。
图6-3 散弹噪声的顺势变化
散弹噪声与电路频率无关，因此它也是一种白噪声。
(6-9)
11
3.
1 f
噪声（Flicker noise）
又称闪烁噪声，它也是元器件中的一种基本噪声，通常是由元
器件中存在局部缺陷或有微量杂质所引起的。在探测器、电阻、晶
体管及电子管中均有这类噪声。
1 噪声有以下经验公式：
f
14
6.1.3 噪声等效参量
1. 等效噪声带宽
电网络的等效噪声带宽是噪声量的一种等效表示形式，
可定义为
f
1 AP
0 AP ( f )D( f )df
(6-15)
AP(f) :放大器或网络的相对功率 增益 AP为放大器或网络功率增益的 最大值； D(f)为等效于网络输入端的归一 化噪声功率谱。
带通型网络中等效带 宽的物理意义
第6章 光电信号的变换 及检测技术
本章的主要内容
6.1 光电信号检测电路的噪声 6.2 前置放大器 6.3 常用电路介绍 6.4 光电技术中的调制技术
2
光电检测系统组成
光电检测系统组成
第6章 光电信号的 变换及检测技术
3
信号处理的重要性！
理想白光干涉信号 探测器接 测量
处理后
4
6.1光电检测电路的噪声
本节包括以下几部分内容： 6.1.1 噪声的分类及性质 6.1.2 主要的噪声类型 6.1.3 噪声等效参量 6.1.4 前置放大器的噪声
5
为什么要研究噪声？
任何虚假的和不需要的信号称为噪声。 噪声总是伴随着测量信号存在 测量过程是一个去除噪声、复原真实信号的 过程
6
6.1.1 噪声的分类及性质
13
5. 温度噪声
这是热敏器件因其温度起伏所引起的噪声，该噪声用温度 起伏的均方值表示
Tn2
4k T 2 f
GQ (1 w2 2 )
式中 k一波尔兹曼常数；
T—热敏器件的绝对温度；
GQ—器件的热导。
(6-14)
6. 背景辐射的光子噪声
探测器在接收目标辐射的同时，也接收到目标以外其它物 体的辐射，这些辐射也是一种不连续的起伏过程。这种因背景 辐射起伏引起探测器产生的噪声叫做背景辐射的光子噪声。
E [E1 E2 Ei En ]/ n
(6-1)
7
均方值为
2 [(E1 E)2 (E2 E)2 (En E)2]/ n
(6-2)
概率分布函数P(E)为
1
(E E)2
P(E)
exp
2
2 2
(6-3)
8
6.1.2 主要的噪声类型
1. 电阻热噪声（Thermal noise）
I
2 n
k1I f f
(6-10)
式中：k1——与元件有关的参数； ——与流过元器件电流有关的常数，通常取＝2 ——与元器件材料性质有关的系数，约在0.8~1.3之间，常取
＝1。
1 f
1
噪声的电流均方值与电路频率f成反比，所以称之为 f
噪声，它不为
白噪声，噪声功率谱集中在低频，有时又称其为低频噪声。
1 (CR)2
图6-5 低频放大器
f
1 AV2
0
AV2
(
f
)
1 2500
0
1
2500 (wCR
)2
df
df
1 d (wCR)
0 1 (wCR)2 2 CR 0 1 (wCR)2
1
1 2 CR 2
2
fH
式中，fH= 2CR为低通放大器的三分贝频率。
(6-20)
17
2. 等效噪声电阻
当电阻处于环境温度高于绝对零度的条件下，自由电子的热运
动形成起伏变化的噪声电流。大小与极性随机变化，且长时间的平
均值等于零。常用噪声电流的均方值I
2 nT
表示
I
2 nT
4kTf R
(6-4)
I nT
( 4kTf R
)1/ 2
(6-5)
式中 R——所讨论元件的电阻值； k——玻尔兹曼常数，k=1.3806505×10-23 J/K ； T—— 电阻所处环境的绝对温度； f——所用测量系统的频带宽度。
9
图6-1 电阻热噪声
图6-2 电阻热噪声的等效电路
10
2. 散弹噪声（Shot noise）
又称散粒噪声。元器件中有直流电流通过时，直流电流值只表 征其平均值，而微观的随机起伏形成散弹噪声，并叠加在直流电平 上。
散弹噪声的电流均方值为
I2 nsh
2qI DC f
(6-8)
式中：q为电子电荷；IDC为流过 电流的直流分量。
外部干扰噪声:人为造成的和自然造成的干扰。
内部噪声:人为噪声和固有噪声两类。
噪声强度可采用噪声电压或噪声电流的均方值
En2
、I
2表示，
n
有时简化为
E
2 n
、I
2 n
。而噪声电压或噪声电流的均方根值则可用
In
和
E
表示。
n
固有噪声是随机过程，噪声电压的瞬时值可取不同值E1， E2， …Ei，而对应出现的概率P(E1)，P(E2)，…，P(Ei)，…，其 分布规律符合高斯分布。n次采样的算术平均值E为