光电子器件_第二章结型光电探测器.pptx

02(光电探测器)-82

㈠、基本结构与原理
光电阴极电子光学输入系统阳极
光入射窗口二次发射电子倍增器
1．光入射窗
光窗分侧窗式和端窗式两种，它是入射光的通道。由于
光窗对光的吸收与波长有关，波长越短吸收越多，所以倍
增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料。
侧窗式
端窗式
2．光电阴极
光电阴极由光电发射材料制作。光电发射材料大体可分为：金属材料、半导体材料。
的接地方式有两种，即
阴极接地或阳极接
地。
阳极接地
阴极接地的特点
优点：便于屏蔽，光、磁、电的屏蔽罩可以跟阴极靠得近些，屏蔽效果好；暗电流小，噪声低。缺点：但这时阳极要处于正高压，会导致寄生电容大，匹配电缆连接复杂，特别是后面若接直流放大器，整个放大器都处于高电压，不利于安全操作；如果后面接交流放大器，则必须接一个耐压很高的隔直电容器，而一般耐压很高的电容器体积大而且价格高。
6．噪声等效功率(NEP)
或称最小可探测功率Pmin。信噪比为1时，入射到探测器上的辐射通量。即
e NEP S/N
一、概念理解 1、光电探测器的响应度（或灵敏度） 2、信噪比 3、最小可探测功率
二、简答题热电检测器件和光电检测器件的特点是什么？
三、选择题 1、光电检测系统的核心是（）
4.伏安特性
光电倍增管的伏安特性曲线分为阴极伏安特性曲线与阳极伏安特性曲线。在电路设计时，一般使用阳极伏安特性曲线来进行负载电阻、输出电流、输出电压的计算。
5. 频率响应
由于PMT是光电发射型器件，而光电发射的延迟时间≤3×10－13S，所以PMT有很高的频率响应。
6.噪声
主要来源是光电阴极、光电发射的随机性和各倍增极二次电子发射的随机性，同时也与背景光或信号光中的直流分量有关。

《光电导探测器》课件

详细描述
光电导探测器在光通信领域中用于光信号的接收和检测，在光谱分析中用于光谱仪的光电转换，在环境监测中用于气体和液体的成分分析和浓度测量，在生物医学中用于医疗诊断和生物分子检测等。
02
CHAPTER
光电导探测器的基本结构
半导体材料
光电导探测器的核心是半导体材料，它们能够吸收光子并产生电子-空穴对。常见的半导体材料包括硅、锗、硫化铅等。
这些半导体材料具有直接带隙结构，使得它们能够有效地吸收特定波长的光子，产生光生载流子。
半导体材料的性能决定了光电导探测器的响应速度、光谱响应范围和暗电流等关键参数。
光敏元件
光敏元件是光电导探测器的核心部分，它负责吸收光子并转换为电信号。
光敏元件的形状和尺寸对探测器的性能有重要影响，例如响应速度、光谱响应范围和探测率等。
未来发展方向与挑战
交叉学科融合
光电导探测器的发展需要与物理、化学、生物等多学科交叉融合，开拓新的应用领域。
环境适应性
提高光电导探测器的环境适应性，使其能够在恶劣环境下稳定工作。
降低成本
通过优化工艺和材料，降低光电导探测器的制造成本，促进其在民用领域的应用。
THANKS
谢谢
光谱响应
描述光电导探测器在不同波长光下的响应特性，是决定探测器应用范围的重要参数。
响应时间与恢复时间
响应时间
光电导探测器从接收到光信号到产生可观测电信号的时间间隔，反映了探测器的反应速度。
恢复时间
探测器在持续光照下，从最大响应状态回到初始状态所需的时间，影响连续测量时的性能。
温度稳定性与可靠性
03
CHAPTER
光电导探测器的性能参数
响应度与探测率

第二章光电探测器2

3)克服表面势能逸出。达到表面的电子，如果仍有足
够的能量足以克服表面势垒对电子的束缚（即逸出功）时，即可从表面逸出。
本征半导体
T=0K时，本征半导体中电子占据的最高能级是价带顶，因此，电子从价带顶跃迁到导带所需的最小能量为：
E Eg EA
Ec
EA
Eg
EF
Ev
(a) 本征半导体
Ec
EA
e E0 E Ae EC EF EV （a）正电子亲和势（b）负电子亲和势 EA EC e
E A
E0
E
E
E
EF
EV
E
正电子亲和势：表面真空能级位于导带底之上
负电子亲和势：表面特殊处理后表面区域能带弯曲，真空能级降至导带底之下，有效电子亲和势为负值。
• 如果EAe<0，即真空能级降至导带之下，就出现一种非常有利的光电子发射条件，只要激发导带中的光电子，因为没有表面势垒的阻挡，所以都能有效地逸出表面。
• 近几年，经过特殊处理的NaKSbCs阴极，其光谱响应的长波限可扩展到930nm，峰值波长也从0.42nm延伸至0.6nm，光照灵敏度提高到400μA/lm。
负电子亲和势光电阴极
前面讨论的常规光电阴极都属于正电子亲和势
(PEA)类型，表面的真空能级位于导带之上。
但如果给半导体的表面作特殊处理．使表面区
域能带弯曲，真空能级降到导带之下，从而使有。
• Si-Cs2O是在p型Si的基质材料上涂一层极薄的金属Cs，经特殊处理而形成n型Cs2O。 • 表面为n型的材料有丰富的自由电子，p型基底材料有丰富的空穴，相互扩散形成表面电荷局部耗尽。 • 与p-n结情况类似，耗尽区的电位下降Ed，造成能带弯曲，如图所示。

《光电探测器》PPT课件

t 响应速度受三个因素的限制：载流子的扩散时间
t ，耗尽层中漂移时间 diff
dr
和耗尽层电容C与负载电阻R之乘积所决定的RC时间常数。
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8.3光敏二极管
6、光敏二极管的一般特性 c、噪声特性噪声源：热噪声、散粒噪声热噪声-主要负载；散粒噪声-信号光电流，背景光电流，反向饱和电流
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8.2光敏电阻
1 、光敏电阻简介
特点：
•光谱响应范围宽（特别是对于红光和红外辐射）； •偏置电压低，工作电流大； •动态范围宽，既可测强光，也可测弱光； •光电导增益大，灵敏度高； •无极性，使用方便； •在强光照射下，光电线性度较差 •光电驰豫时间较长，频率特性较差。
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本征半导体的光电导效应。当光子能量E光大于或等于禁带宽度Eg时，光子把价带中的电子激发到导带，出现自由电子和自由空穴时，从而使材料的
电阻率降低。电导率增加。
E光 =
hc
1240
Eg
1240
Eg
引入长波限λ0，若波长长于λ0，即无本征吸收
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8.2光敏电阻
3、光敏电阻工作原理
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8.2光敏电阻
4、光敏电阻的参数与特性 b.响应灵敏度能够产生光致导电的光主要是波长接近光谱响应峰值的光，这种
光能把电子直接由价带激发导导带。但是，实际上，光把光电导体
中的杂质和晶格缺陷所形成的能级中的电子激发到导带的情况是很
多的，而这些能级与导带间的宽度比禁带宽度要窄的多。这就意味
着，光电导体对波长长于峰值波长的光也具有响应灵敏度，而且，

结型光电探测器分解81页PPT

39、没有不老的誓言，没有不变的承诺，踏上旅途，义无反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识的人，决不会坚韧勤勉。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
结型光电Байду номын сангаас测器分解
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只在愚人的字典中找得到。--拿破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突破，不要嫉妒要欣赏，不要托延要积极，不要心动要行动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要素。(注意：传统观念认为勤奋和机会是成功的要素，但是经过统计学和成功人士的分析得出，乐观是成功的第三要素。

PN结型光电二极管ppt课件

为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益
基本概念
在光电器件中,自发发射、受激辐射和受激吸收过程总是同时出现的。但对于各个特定的器件,只有一种机理起主要作用。这三种作用机理对应的器件分别是：发光二极管、半导体激光器和光电二极管。
缺点
倍增为随机性的，放大电流的随机性或不可预测性限制了管子的灵敏度，所以，在设计雪崩管时应注意尽量减小随机性。
为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益
硅雪崩型光电二极管管心的结构图
为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益
Picture of PIN Photodiode PIN光电管照片
为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益
三、雪崩型光电二极管--APD
由于普通光电二极管产生的电流微弱，进行放大和处理时将引入放大器噪声。为了克服这种缺点，有必要加大光电管的输出电流，由此产生了雪崩型光电二极管。
二极管上不加电压，利用PN结在受光照时产生正向电压的原理，把光电二极管用作光致发电器件，这种器件称为光电池。光纤传感器中这两类器件都得到应用。
为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益

光电检测器PPT课件

3. 为了不使阳极脉动电流引起极间电压发生大的变化，常在最后几级的分压电阻上并联电容器。
C1
Ι ΑΜ τ LV DD
C1δC2δ2C3
C1 C2 C3
光电倍增管供电. 电路图
32
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§2-2 真空光电探测器件
光电倍增管光电倍增管的供电电路
4. 接地方式：倍增管的接地方式有两种，即阴极接地或阳极接地.
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29
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§2-2 真空光电探测器件
光电倍增管光电倍增管的供电电路
1. 倍增管各电极要求直流供电，从阴极开始至各级的电压要依次升高，一般多采用电阻链分压办法来供电。一般情况下，各级电压均相等，约80～100V，总电压约1000～1300V。
C1 C2 C3
光电倍增管供电. 电路图
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§2-2 真空光电探测器件
3.阳极伏安特性曲线是指阳极电流与阳极和最末一级倍增极之间电压的关系。
4.在电路设计时，一般使用阳极伏安特性曲线来进行负载电阻、输出电流、输出电压的计算。
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阳极伏安特性曲线
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§2-2 真空光电探测器件
光电倍增管
光电特性
光电倍增管的的主要参量与特性
1. 阳极光电流与入射
于光电阴极的光通量之间的函数关系。
2.噪声等效功率（NEP）表述倍增管阳极信号与噪
声有效值之比等于1时，入射于倍增管光电阴极的光功率
（通量）的有效值。即
IA/InA=1时， NEP=InA/SA
它是倍增管可能探测到的信号光功率（通量）的最小值。
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§2-2 真空光电探测器件

第二章第3节光电探测器

1．光窗光窗是入射光的通道，是对光吸收较多的部分。常用的光窗材料有钠钙玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、熔凝石英和氟镁玻璃等。 2．光电阴极它的作用是接收入射光，向外发射光电子。制作光电阴极的材料多是化合物半导体。 3．电子光学系统任务：（1）通过对电极结构的适当设计，使前一级发射出来的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上，使下一级的收集率接近于1；（2）使前一级各部分发射出来的电子，落到后一级上时所经历的时间尽可能相同，使渡越时间零散最小。
主要参数
(1)倍增系数倍增系数等于各倍增电极的二次电子发射系数δ 的乘积。如果n个倍增电极的δ 都一样，则
M
n i
因此，阳极电流I为
I i
n i
式中 i——光电阴极的光电流。 M与所加电压有关，一般M在105 ~108之间，如果电压有波动，倍增系数也要波动。因此M具有一定的统计涨落。一般阳极和阴极之间的电压为1000~2500V，两个相邻的倍增电极的电位差为50~100V,对所加电压越稳越好，这样可以减小统计涨落，从而减小测量误差。 I n （2）光电倍增管的电流放大倍数为
第三节光纤传感器的光探测器
在光纤传感器中，光探测器性能好坏既影响被测物理量的变换准确度，又关系到光探测接收系统的质量。它的线性度、灵敏度、带宽等参数直接关系到传感器的总体性能。常用的光探测器有光敏二极管、光敏三极管、光电倍增管、ＣＣＤ等。
定义
光电式传感器是能将光能转换为电能的一种器件，简称光电器件。它的物理基础是光电效应。由于光电元件响应快，结构简单．而且有较高的可靠性等优点，在现代测量与控制系统中，应用非常广泛。 • 大多数光电探测器都是把光辐射转换为电量来实现探测，即便直接转换量是非电量（温度、体积等）时，通常也总是把非电量再转换为电量来测量。 • 光电探测器的物理效应通常分为两类：光子效应和光热效应。