光电探测器选择时要注意
光电检测知识点
第一章名称解释1. 光通量2 坎德拉3. 照度4 半导体中的非平衡载流子5 绝对黑体6 基尔霍夫定律7 热噪声8 产生-复合噪声91／f 噪声知识要点半导体材料的光吸收效应(1) 本征吸收(2) 杂质吸收2. 非平衡载流子浓度载流子复合过程一般有直接复合和间接复合两种。
物体的光谱发射率总等于其光谱吸收比。
也就是强吸收体必然是强发射体。
维恩位移定律指出：当绝对黑体的温度增高时，单色辐出度的最大值向短波方向移动。
光电子发射过程可以归纳为以下三个步骤：(1) 物体吸收光子后体内的电子被激发到高能态；(2) 被激发电子向表面运动，在运动过程中因碰撞而损失部分能量；(3) 克服表面势垒逸出金属表面。
一般光电检测系统的噪声包括三种：(1) 光子噪声包括：信号辐射产生的噪声和背景辐射产生的噪声。
(2) 探测器噪声包括：热噪声、散粒噪声、产生-复合噪声、1／f 噪声和温度噪声。
(3) 信号放大及处理电路噪声在半导体器件中1／f 噪声与器件表面状态有关。
多数器件的1/f 噪声在300Hz 以上时已衰减到很低水平，所以频率再高时可忽略不计。
在频率很低时；l／f 噪声起主导作用；当频率达到中间频率范围时，产生-复合噪声比较显著；当频率较高时，只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小了光电探测器的合理选择(1) 根据待测光信号的大小，确定探测器能输出多大的电信号，即探测器的动态范围。
(2) 探测器的光谱响应范围是否同待测光信号的相对光谱功率分布一致。
即探测器和光源的光谱匹配。
(3) 对某种探测器，它能探测的极限功率或最小分辨率是多少—需要知道探测器的等效噪声功率；需要知道所产生电信号的信噪比。
(4) 当测量调制或脉冲光信号时，要考虑探测器的响应时间或频率响应范围。
(5) 当测量的光信号幅值变化时，探测器输出的信号的线性程度。
第二章名称解释光源的发光效率色温色表显色性相关色温分布温度知识要点选择光源时，应综合考虑光源的强度、稳定性、光谱特性等性能根据斯奇芬-玻尔兹曼定律知，物体只要其温度大于绝对零度，都会向外界辐射能量，其辐射特性与温度的四次方有关气体放电光源具有下述特点；1. 发光效率高。
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。
光电子技术习题答案
设半径为R c 的圆盘中心发现上，距圆盘中心为l 0处有一辐射强度为I e 的点源S ，如下图所示。
试计算该点光源发射到圆盘的辐射功率。
思路分析：要求e φ由公式e e d E dA φ=，ee d I d φ=Ω都和e φ有关，根据条件，都可求出。
解题过程如下： 法一ee d E dAφ=故：20cR e e E dA πφ=⎰又：20ee I E l =代入上式可得：220ee c I R l φπ=法二：ee d I d φ=Ω220c R l e e Id πφ=Ω⎰220e c e I R l πφ=如下图所示，设小面源的面积为s A ∆，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为s θ；被照面的面积为c A ∆，到面源s A ∆的距离为l 0。
若c θ为辐射在被照面c A ∆的入射角，试计算小面源在c A ∆上产生的辐射照度。
思路分析：若求辐射照度e E ，则应考虑公式20ee I E l =。
又题目可知缺少I e ，则该考虑如何求I e 。
通过课本上的知识可以想到公式cos ee dI L dS θ=，通过积分则可出I e 。
解题过程如下：解：20ee I E l =由cos ee dI L dS θ=可得cos sA e e I L dS θ∆=⎰= cos e s L A θ∆，故：2200cos e e se I L A E l l θ∆== 假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐射亮度L e 均相同。
试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐射照度。
思路分析：题目中明确给出扩展源是按朗伯余弦定律发射辐射的，且要求辐射照度E e ，由公式ee d E dAφ=可知，要解此题需求出e d φ，而朗伯体的辐射通量为cos e e e d L dS d L dS φθπ=Ω=⎰，此题可解。
解题过程如下：解：ee d E dAφ=cos e e e d L dS d L dS φθπ=Ω=⎰e e e L dSE L dAππ== 霓虹灯发的光是热辐射吗？答：霓虹灯发光是以原子辐射产生的光辐射，属于气体放电，放电原理后面章节会涉及到。
光电探测器参数测量
结正向压降对于电流和温度旳函数体现式，它是
试验装置
图1-3 单色仪光学系统示意图
试验环节
1. 打开光源开关，调整光源位置，使灯丝经 过聚光镜成像在单色仪入射狭缝S1上，S1旳 缝宽调整在0.2mm。把出射狭缝S2开到 1mm左右，入眼经过S2能看到与波长读数相 应旳光，然后逐渐关小S2，最终开到S1＝ 0.2mm。
本试验采用图1-2所示旳试验装置。用单色仪 对白光点光源辐射进行分光，得到单色光功率。
试验装置
用白光点光源作光源，用直流稳压电源 供电，光源发出旳光由聚光镜会聚于入 射狭缝前用同步电机带动旳调制盘对入 射光束进行调制。光栅单色仪把入射光 分解成单色光并从出射狭缝射出。转动 单色仪旳波长手轮能够变化出射光旳波 长（参见图1-3）。在出射狭缝后分别用 热释电探测器和硅光电二极管进行测量， 所得光电信号经放大后由毫伏表指示。
图1-1 经典光电探测器旳光谱响应
光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射旳响应能力。
电压光谱响应度定义为在波长为旳单位入射辐射功率
旳照射下，光电探测器输出旳信号电压，用公式表达，
则为
Rv
V P
（1-1）
而光电探测器在波长为旳单位入射辐射功率旳作用下，
其所输出旳光电流叫做探测器旳电流光谱响应度，用
试验仪器
光电探测器时间常数测试试验箱：20M双踪示波器。
在光电探测器时间常数测试试验箱中，提供了需测试 两个光电器件：峰值波长为900nm旳光电二极管和可 见光波段旳光敏电阻。所需旳光源分别由峰值波长为 900nm旳红外发光管和可见光（红）发光管来提供。 光电二极管旳偏压与负载都是可调旳，偏压分为5V、 10V、15V三档，负载分100殴姆、1K殴姆、10K殴 姆、50K殴姆、100K殴姆五档。根据需要，光源旳驱 动电源有脉搏冲和正弦波两种，而且频率可调。
PIN和APD光电检测器的选择
光纤小测选题：PIN和APD光电检测器的选择班级：通信**班学号：****姓名：***日期：***PIN 和APD光电检测器的选择光发射机发射的光信号经过光纤传输后，不仅幅度衰减了，而且脉冲波形也展宽了。
光接收机的作用就是检测经过传输后的微弱光信号，并放大、整形、再生成原输入信号。
它的主要器件是利用光电效应把光信号转变为电信号的光电探测器。
对光探测器的要求是灵敏度高、响应快、噪声小、成本低和可靠性高，并且它的光敏效应与光纤径匹配。
用半导体材料制成的光探测器正好满足这些要求，在实际工程中最常用的就是PIN光敏二极管和雪崩光敏二极管（APD）。
一．基本概念衡量光电检测器的重要性能指标1. 响应度（R）和量子效率（η）响应度：光生电流I P 与入射光功率P in成正比，即R=I PP in(1-1)量子效率：产生的电子数与光子数之比，即η=I p/qP in/hv(1-2)R=ηqhv =ηλ1.24(1-3）式中普朗克常数h=6.63∗10−34J.s，电子电荷q=1.6∗10−19C(1-1)式表示光探测的响应度随波长增加而增加，这是因为光子能量hv减小时可以产生与减少的能量相等的电流。
R和λ的这种线性关系不能一直保持下去，因为光子能量太小时将不能产生电子。
当光子能量变得比禁带能量E g小时，无论入射光多强，光电效应也不会发生，此时量子效率下降为零。
也就是说，光电效应必须满足条件:E g＜hv＜e0V(1-4)2.响应带宽（1）APD的3dB电带宽Δf=（2πτe M0）−1(1-5)式中M0为APD的的低频倍增系数，τe为等效渡越时间，与空穴和电子的碰撞电离系数比值αℎαe 有关，在αe>αh时，τe=αhαeτth式（1-5）表明带宽Δf 与倍增系数M 0的矛盾关系，也表明采用αℎ/αe ≪1 的材料制作APD ，可获得较高的本征响应带宽。
（2）PIN 的响应带宽∆f =12πR L C d (1-6)式中C d 为二极管的节点电容，R L 为二极管的负载电阻；式（1-5）表明为了提高PIN 的响应带宽，应尽量减小结电容C d 。
光电子技术复习题(一)
一．单项选择题1. 光电转换定律中的光电流与 BA 温度成正比B光功率成正比 C暗电流成正比 D光子的能量成正比2. 发生拉曼—纳斯衍射必须满足的条件是 AA 超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度短B 超声波频率高，光波平行声波面入射，声光作用长度短C 超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度长D 超声波频率低，光束与声波面间以一定角度入射，声光作用长度短3.光束调制中，下面属于外调制的是 ABDA 声光调制B 电光波导调制C 半导体光源调制D 电光强度调制4.红外辐射的波长为[ d ] A 100-280nm B 380-440 nm C 640-770 nm D 770-1000 nm5.激光具有的优点为相干性好、亮度高与[ b ]A 多色性好B单色性好 C 吸收性强 D吸收性弱6．能发生光电导效应的半导体是 cA本征型和激子型 B本征型和晶格型C本征型和杂质型D本征型和自由载流子型7．光敏电阻的光电特性由光电转换因子γ描述，在强辐射作用下AA. γ=0.5B. γ=1C. γ=1.5D. γ=28.电荷耦合器件分 [ A ]A 线阵CCD和面阵CCDB 线阵CCD和点阵CCDC 面阵CCD和体阵CCD D 体阵CCD和点阵CCD9.光通亮φ的单位是[ C ]A 焦耳 (J)B 瓦特 (W) C流明 (lm) D坎德拉(cd)10.硅光二极管主要适用于[D]A紫外光与红外光谱区 B可见光与紫外光谱区 C可见光区 D 可见光与红外光谱区13．光视效能Kλ为最大值时的波长是AA．555nm B.666nm C．777nm D.888nm14.可见光的波长范围为[C ]A 200—300nmB 300—380nmC 380—780nmD 780—1500nm15.电荷耦合器件的工作过程主要是信号的产生、存储、传输和C ]A 计算B 显示C 检测D 输出16. 辐射通亮φe的单位是[B ]A 焦耳 (J)B 瓦特 (W) C每球面度 (W/Sr) D坎德拉(cd)二.填空题1. 光在大气中传播，将会使光速的能量衰减，其主要因素来源于大气衰减、大气湍流效应。
光电子技术题库
填空1.光在大气中传播，将会使光束的能量衰减，其主要原因来源于大气衰减、大气湍流效应。
2.按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，声光相互作用可以分为拉曼拉斯衍射和布喇格衍射两种类型。
D的工作过程就是产生，存储，传输，检测的过程。
4.实现脉冲编码调制，必须进行三项过程：抽样，量化，编码。
5.光束调制按其调制的性质可以分为调频，调幅，调相，强度调制。
D的基本功能为电荷存储，电荷转移。
名词解释1.电磁波谱：按照波长或频率的顺序把电磁波排列成图表。
2.色温：在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。
3.光电发射效应：在光照下，物体向表面以外的空间发射电子的现象。
4.辐照度：辐射接受面上的辐射强度Ee定义为照射在面元上的辐射通量d与该面元的面积dA之比。
5.辐射能：一辐射能形式发射或传输的电磁波（紫外光，可见光，和红外辐射）能量。
6.光子效应：单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。
7.温差电动势：当两种不同的配偶材料（金属，半导体）两端并联熔断时，如果两个接头的温度不同，并联回路就会产生电动势，即温差电动势。
8.热噪声：光电探测器本质上可用一个电流源来等价，即他有一个等效电阻R，电阻中自由电子的随机热（碰撞）运动将在电阻器两端产生起伏电压，称为热噪声。
9.暗电流：CCD成像器件在既无光注入有没点注入的情况下的输出信号称为暗信号，称为暗电流。
简答题1.何为大气窗口？简单分析大气衰减因素。
对于某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收，光波几乎无法通过，根据大气的这种选择吸收特性，一般把红外区分为八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。
大气中N2、O2含量最多，但他们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对红外和微波才呈现出很大的吸收。
因此，在可见光和红外区，一般不考虑其吸收作用。
大气中除包含上述分子外，还包含有其他的稀有气体等，这些分子在可见光和近红外有很可观的吸收谱线，但因他们在大气中的含量很少，一般也不考虑其吸收作用。
品牌光电探测器安全操作及保养规程
品牌光电探测器安全操作及保养规程光电探测器是一种使用光学传感器来检测物体运动的电子设备。
在现场运作中，光电探测器所处的环境可能会存在各种不安全因素，如高温、艰苦环境以及噪声等，这些因素可能会对光电探测器的正常运行造成影响，甚至导致设备的损坏。
为了保证光电探测器的安全运行并延长其使用寿命，我们需要遵守相应的安全操作规程并进行适当的保养和维护。
本文将详细介绍品牌光电探测器的安全操作与保养规程。
一、安全操作在进行光电探测器操作之前，我们需要了解以下在光电探测器使用过程中可能遇到的安全问题：1. 高温光电探测器在长时间运行时可能会产生过热现象，因此需要及时关屏、降温等措施，以保护设备安全稳定运行。
2. 噪声光电探测器在使用过程中可能会产生噪声，尤其是在高频段噪声会很显著。
这种噪声会对其他设备或人身的安全造成威胁，因此需要采用合适的隔音手段，以降低噪声水平。
3. 电气安全光电探测器的操作过程中可能会涉及到高电压部件，因此需要采取有力的绝缘保护措施，以确保操作人员的电气安全。
在操作设备前，操作人员必须穿戴好耐压手套，并根据操作手册严格按要求操作，以避免意外发生。
4. 辐射安全光电探测器的某些型号可能会产生可见光、红外线等辐射，这些辐射会对人员的健康造成危害。
因此，在操作过程中需要采取相应措施，如戴上防护眼镜、穿戴防辐射服等。
在了解了以上安全问题后，我们可以开始介绍品牌光电探测器的具体安全操作规程。
1. 使用前的准备在使用光电探测器前，需要检查设备是否正常，如检查电源、探测器的加热器/冷却器是否正常工作，通常我们需要进行热平衡调试。
如有人员操作不熟练，则需要对人员进行培训，确保操作人员都能够正确操作设备。
2. 电源光电探测器的电源需要接正常电源，不得使用过载电源或频繁发生故障的电源。
电源电压稳定，电缆应符合符合中国建筑混合电缆规范。
3. 环境当光电探测器需要应用于特殊工作环境中，如强热辐射、震动、高压、腐蚀等，需要进行特殊的防护或选择特殊型号的探测器。
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光电探测器选择时要注意
随着现代科技的快速发展，光电探测器在各个领域中的应用越来越广泛，尤其
在光学信号测量、图像采集、医学和工业领域等方面具有重要的应用价值。
在选择光电探测器时，需要考虑多种因素，包括探测器的灵敏度、分辨率、响应时间、温度系数、噪声和预算等，本文将从这些方面介绍光电探测器的选择及应用。
灵敏度
光电探测器的灵敏度是指其对光信号的响应能力，通常用接收器灵敏度来表示。
接收器灵敏度是在给定波长下，单位输入光功率导致的输出信号功率，其单位通常为A/W或V/W。
在选择光电探测器时，需要根据具体应用选择合适的灵敏度，以
保证探测器能够达到目标信号的测量要求。
分辨率
光电探测器的分辨率是指其对信号细节的分辨能力，通常用光电探测器的空间
和时间分辨率来表示。
空间分辨率是指探测器对脉冲点源的空间分辨能力，而时间分辨率则是指探测器对信号脉冲宽度的分辨能力。
在选择光电探测器时，需要考虑具体应用的信号特性以及测量要求，以选择合适的分辨率。
响应时间
光电探测器的响应时间是指其对光信号的响应速度，其单位通常为ns或ps，
反映了探测器输出信号响应光信号变化的时间。
在光信号变化较慢的应用中，如图像采集，需要选择响应时间较长的光电探测器，而在高速测量领域中，则需要选择响应时间较短的探测器。
温度系数
光电探测器的温度系数是指其信号输出随着温度变化的影响程度，通常用百分
比或ppm来表示。
在高精度测量领域中，需要选择温度系数小的探测器，以保证
测量精度和稳定性。
噪声
光电探测器的噪声是指其输出信号中混入的随机噪声信号，分为热噪声和暗噪声。
热噪声是在光照射下产生的噪声，而暗噪声则是在无光照射下探测器自身电路产生的噪声。
在选择光电探测器时，需要选择噪声较低的探测器，以保证测量精度和信噪比。
预算
在选择光电探测器时，还需要考虑预算因素，包括探测器的价格、维护成本和使用寿命等。
在满足测量需要的情况下，需要选择价格合理、维护成本低、使用寿命较长的光电探测器。
应用实例
光电探测器在工业、医学、航空航天、通讯和军事等领域中都有广泛的应用。
以医学领域为例，光电探测器可以用于医学成像，如X射线、MRI和超声成像等领域中，利用光电探测器对信号进行采集和处理，实现对人体解剖结构和病变的诊断和治疗。
在工业领域中，光电探测器可以用于无损检测、机器视觉和智能制造等领域，通过光电探测器对信号的采集和处理，实现对产品质量和生产效率的提高。
总结
光电探测器的选择是一个综合性的过程，需要考虑各种因素的影响，以选择合适的探测器。
在光电探测器的应用中，需要根据实际需求和所处领域的特点，选择合适的光电探测器，以实现最佳的测量效果和应用价值。