光电检测技术第三章光电检测器PPT
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光电检测技术第三章幻灯片PPT
光电管的5光照特性
3.灵敏度
光照特性曲线的斜率（光电流与入射光光通 量之间比）称为光电管的灵敏度。
说明：阴极材料不同的光电管，具有不同的红限，因此 适用于不同的光谱范围。此外，即使入射光的频率大于 红限，并保持其强度不变，但阴极发射的光电子数量还 会随入射光频率的变化而改变，即同一种光电管对不同 频率的入射光灵敏度并不相同。光电管的这种光谱特性， 要求人们应当根据检测对象是紫外光、可见光还是红外 光去选择阴极材料不同的光电管，以便获得满意的灵敏 度。
1T
I iT0 i(t)dt
用均方噪声来表示噪声值大小
i(t)21T[i(t)i(t)]2dt T0
噪声在实际的光电探测系统中是极其有害的。 由于噪声总是与有用信号混在一起，因而影响
对信号特别是微弱信号的正确探测。 一个光电探测系统的极限探测能力往往受探测
系统的噪声所限制。 所以在精密测量、通信、自动控制等领域，减
下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出 下降到稳定值所需要的时间。
５.频率响应：光电探测器的响应随入射光的 调制频率而变化的特性称为频率响应．
由于光电探测器信号产生和消失存在着一个滞后过程， 所以入射光的调制频率对光电探测器的响应会有较大 的影响。
光电探测器响应率与入射调制频率的关系
S(f)[1(2Sf0)2]1/2
光子器件
热电器件
响应波长有选择性，一般有 响应波长无选择性，对可见
截止波长，超 过该波长， 器件无响应。
光到远红外的各种波长的辐
射同样敏感
响应快，吸收辐射产生信号 响应慢，一般为几毫秒
需要的时间短， 一般为纳
秒到几百微秒
器件的基本特性参数
响应特性 噪声特性 量子效率 线性度 工作温度
3.灵敏度
光照特性曲线的斜率（光电流与入射光光通 量之间比）称为光电管的灵敏度。
说明：阴极材料不同的光电管，具有不同的红限，因此 适用于不同的光谱范围。此外，即使入射光的频率大于 红限，并保持其强度不变，但阴极发射的光电子数量还 会随入射光频率的变化而改变，即同一种光电管对不同 频率的入射光灵敏度并不相同。光电管的这种光谱特性， 要求人们应当根据检测对象是紫外光、可见光还是红外 光去选择阴极材料不同的光电管，以便获得满意的灵敏 度。
1T
I iT0 i(t)dt
用均方噪声来表示噪声值大小
i(t)21T[i(t)i(t)]2dt T0
噪声在实际的光电探测系统中是极其有害的。 由于噪声总是与有用信号混在一起，因而影响
对信号特别是微弱信号的正确探测。 一个光电探测系统的极限探测能力往往受探测
系统的噪声所限制。 所以在精密测量、通信、自动控制等领域，减
下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出 下降到稳定值所需要的时间。
５.频率响应：光电探测器的响应随入射光的 调制频率而变化的特性称为频率响应．
由于光电探测器信号产生和消失存在着一个滞后过程， 所以入射光的调制频率对光电探测器的响应会有较大 的影响。
光电探测器响应率与入射调制频率的关系
S(f)[1(2Sf0)2]1/2
光子器件
热电器件
响应波长有选择性，一般有 响应波长无选择性，对可见
截止波长，超 过该波长， 器件无响应。
光到远红外的各种波长的辐
射同样敏感
响应快，吸收辐射产生信号 响应慢，一般为几毫秒
需要的时间短， 一般为纳
秒到几百微秒
器件的基本特性参数
响应特性 噪声特性 量子效率 线性度 工作温度
光电检测技术PPT演示文稿
•
大。
• 改进型波导腔 FFPT
•
可通过中间光纤波导段的长度 光纤
•
来调整其自由谱区，其光纤长
•
度一般为 100 m 到 几厘米。
光纤
PZT
(a)
光纤 (b)
PZT
光纤 F－P 腔
光纤 (c)
PZT
光纤温度测量技术
光纤压力测量技术
光纤电流测量技术
光纤图像传感器
光纤图像传感器是靠光纤传像束实现图像传输的。传像束由光纤按阵列排
列而成，一根传像束一般由数万到几十万条直径为l0～20μm 的光纤组成，每
条光纤传送一个像素信息。用传像束可对图像进行传递、分解、合成和修正。 传像束式的光纤图像传感器在医疗、工业、军事部门有着广泛的应用。
⑴ 工业用内窥镜
I
光纤 载流导线
起偏器 显微物镜
激光器
光探测器
检偏器
＝ VHL V：Verdet 常数
记录显示器
光纤电流传感器原理示意图
频率调制型光纤传感器
利用外界作用改变光纤中光的波长或频率，通过检测光纤中光的波长或 频率的变化来测量各种物理量,这两种调制方式分别称为波长调制和频率调 制。波长调制技术比强度调制技术用得少，其原因是解调技术比较复杂。 光纤光栅传感器 通过外界参量对布拉格中心波长的调制来获取传感信息
fc ＝
C 2nL
T1-3 ＝ 0， T1-4 ＝ 1
f ＝ f2
或： ＝ (12)/(2nL)
Fabry－Perot 光纤干涉仪
• 光纤波导腔 FFPF
•
光纤两端面直接镀高反射膜，
•
腔长一般为厘米到米量级，因
•
此自由谱区小。
光电检测器件光电检测器ppt课件
4．光谱特性
远紫外
可见光
近红外
短波限 －－窗口资料限制
长波限 －－阴极资料限制
5、暗电流 〔1〕定义：无光照时，PMT的输出电流。 〔2〕引起暗电流的要素： 〔主要暗电流〕光电阴极＆第一倍增极的热电子发射； 〔极间漏电流〕各级绝缘体强度不够或极间灰尘放电； 离子＆光的反响作用〔抽真空技术受限〕；
光电倍增管的灵敏度：
SKSK((?))=IKI?/K?λ?/ Φ
单位：
阴极灵敏度 －－μA/lm或μA/W 阳极灵敏度 －－A/lm 或 A/W
1〕阴极灵敏度测试图
Sk
Ik
电子
K
D1
D10
0V
A
－100ห้องสมุดไป่ตู้～－300V 照射到光电阴极上的光通量约为10-5～10-2lm
2〕阳极光照灵敏度测试
10-10~10-6 lm E A
光电检测器件
非聚焦型光电倍增管， 由于极与极之间没有聚焦 场，电子损矢较大，为了要得到较大的电子倍增，就 要添加倍增极数目，相应地也就添加了飞行时间及其 涨落，所以这种管子的时间分辨身手较差，其优点是 同样大小的光脉冲照射到光阴极不同部位时，阳极灵 敏度变化不大，最后输出的脉冲幅度比较一致，因此 作能谱丈量时的能量分辨率较好。
２.荧光分光光度计 荧光分光光度计根据生物化学，特别是分子生物 学原理。物质遭到光照射，发射长波的发光，这 种光称为荧光。用光电倍增管检测荧光的强度及 光谱特性，可以定性或定量地分析样品成份。
3.拉曼分光光度计 用单色光照射物质后被散乱，这种散乱光中， 只需物质特有量的不同波长光混合在里面。这 种散乱光〔拉曼光〕进展分光测定，对物质进 展定性定量的分析。由于拉曼发光极其微弱， 因此检测任务需求复杂的光路系统，并且采用 单光子计数法。
《光电检测技术》课件
生物医学
光电检测技术在生物医学领域的 应用包括光谱分析、荧光成像、 激光共聚焦显微镜等，有助于疾 病的诊断和治疗。
工业生产
光电检测技术在工业生产中的应 用包括产品质量检测、生产线自 动化控制等，可以提高生产效率 和产品质量。
光电检测技术的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，光电检测技术 将逐渐实现智能化，能够自动识别和分类
目标，提高检测精度和效率。
微型化
随着微纳加工技术的发展，光电检测器件 将逐渐微型化，能够应用于更广泛的领域
，如生物医疗、环境监测等。
高光谱成像
高光谱成像技术能够获取目标的多光谱信 息，有助于更准确地分析物质成分和状态 ，是光电检测技术的重要发展方向。
多模态融合
将多种光电检测技术进行融合，实现多模 态信息获取和分析，能够提高检测的准确 性和可靠性。
利用光电检测技术快速读取条形码的设备
详细描述
光电式条形码阅读器通过发射光源和接收装置，快速扫描条形码并将光信号转 换成电信号，实现快速、准确地读取条形码信息。广泛应用于超市、图书馆、 物流等领域，提高信息录入效率和准确性。
光电式指纹识别系统
总结词
利用光电检测技术进行指纹识别的系统
详细描述
光电式指纹识别系统通过发射光源和图像传感器，获取指纹的反射光信号，再转换成电信号进行处理。系统能够 实现高精度、高速度的指纹识别，广泛应用于身份认证、门禁控制等领域，提高安全到探测器表面时，光子与材料中的电子相 互作用，使电子从束缚状态跃迁到导带，形成光生电压或电流，从而实现对光 信号的探测。
03
常见的光伏探测器有硅、锗等。
光子探测器
光子探测器是利用光子效应制成的探测器，主要应用于紫外、可见和近红外波段的探测。
光电检测技术课件(第三章)[可修改版ppt]
![光电检测技术课件(第三章)[可修改版ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/ff215feb192e45361066f5d5.png)
太阳直径约为1.392×109m。它到地球的年平均距离是1.496×1011m。从地 球上观看太阳时，太阳的张角只有0.533o。太阳光谱能量分布相当于5900K左右 的黑体辐射。
在大气层外，太阳对地球的辐照度值在不同的光谱区所占的百分比为 紫外区(<0.38 m ) 6.46% 可见区(0.38～0.78 m) 46.25% 红外区(>0.78 m ) 47.29%
光电检测技术课件(第 三章)
第三章 光电检测中的常用光源
本章主要内容：
1、光源的特性参数 （掌握）
2、热辐射源
3、气体放电光源
4、激光光源
（重点）
5、固体发光光源
第三章 光电检测中的常用光源
说说看：你都知道哪 些光源？
在光电检测系统中，电光源 是最常用的光源。按照光波 在时间、空间上的相位特征， 一般将光源分成相干光源和 非相干光源
§3.2 热辐射源
在实际应用中，基准辐射源称为黑体炉，由石墨制做，外壁包上较 厚一层可长时间承受工作高温的热绝缘材料，以利于保温。采用电加热 线圈加热，其线圈绕制、排列保证均匀加热。此外，腔体内置有高精度 的热电偶或热电阻，用其检测辐射器空腔内的温度。为了使温度均匀稳 定，全辐射器空腔的几何尺寸中l/d＞1.5。内腔的长度为L,出口直径为d 。 目 前 的 黑 体 模 拟 器 最 高 工 作 温 度 为 3000K ， 而 实 际 应 用 的 大 多 是 在 2000K以下。
(a)
(a) 线状光谱
(b)
(c)
(d)
(b) 带状光谱 (c)连续光谱 (d)混合光谱
§3.1 光源的特性参数
3.空间光强分布
常用发光强度矢量和发光强度曲线来描述光源的这种特性。在空间 某一截面上，自原点向各径向取矢量，矢量的长度与该方向的发光强度 成正比，称其为发光强度矢量。将各矢量的端点连起来，就得到光源在 该截面上的发光强度分布曲线，也称配光曲线。下图是气体发光光源光 强分布。
在大气层外，太阳对地球的辐照度值在不同的光谱区所占的百分比为 紫外区(<0.38 m ) 6.46% 可见区(0.38～0.78 m) 46.25% 红外区(>0.78 m ) 47.29%
光电检测技术课件(第 三章)
第三章 光电检测中的常用光源
本章主要内容：
1、光源的特性参数 （掌握）
2、热辐射源
3、气体放电光源
4、激光光源
（重点）
5、固体发光光源
第三章 光电检测中的常用光源
说说看：你都知道哪 些光源？
在光电检测系统中，电光源 是最常用的光源。按照光波 在时间、空间上的相位特征， 一般将光源分成相干光源和 非相干光源
§3.2 热辐射源
在实际应用中，基准辐射源称为黑体炉，由石墨制做，外壁包上较 厚一层可长时间承受工作高温的热绝缘材料，以利于保温。采用电加热 线圈加热，其线圈绕制、排列保证均匀加热。此外，腔体内置有高精度 的热电偶或热电阻，用其检测辐射器空腔内的温度。为了使温度均匀稳 定，全辐射器空腔的几何尺寸中l/d＞1.5。内腔的长度为L,出口直径为d 。 目 前 的 黑 体 模 拟 器 最 高 工 作 温 度 为 3000K ， 而 实 际 应 用 的 大 多 是 在 2000K以下。
(a)
(a) 线状光谱
(b)
(c)
(d)
(b) 带状光谱 (c)连续光谱 (d)混合光谱
§3.1 光源的特性参数
3.空间光强分布
常用发光强度矢量和发光强度曲线来描述光源的这种特性。在空间 某一截面上，自原点向各径向取矢量，矢量的长度与该方向的发光强度 成正比，称其为发光强度矢量。将各矢量的端点连起来，就得到光源在 该截面上的发光强度分布曲线，也称配光曲线。下图是气体发光光源光 强分布。
《光电检测技术》幻灯片
例：空调机测量控制室温 被测对象： 室内空气 被测信息： 温度 检测器具： 温度传感器 --- 热电阻、热电偶
操作过程：空气 热敏电阻 电信号 处理 显示
空调机
直接测量：对仪表读数不经任何运算，直接得 出被测量的数值。例如：
长度：直尺、游标卡尺、千分尺 电压：万用表 质量：天平 间接测量：测量几个与被测量相关的物理量，
第四节 发光、耦合和成像器件 4.1 发光二极管 4.2 激光器 4.3 光电耦合器件 4.4 CCD
第五节 光电检测系统 5.1 直接光电检测系统 5.2 光外差光电检测系统 5.3 典型的光电检测系统
第一节 绪 论
光电信息技术
以光电子学为基础,以光电子器件为主体,研究和发展光电 信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。
光电检测系统
光
光
被
光
光变
电
源
学 系 统
测 对 象
学 变 换
电换 传电 感路
信 号 处 理
存储 显示 控制
光学变换
电路处理
光电检测系统
光学变换 时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽 空域变换：光学扫描 光学参量调制：光强、波长、相位、偏振 形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学
信息。 光电变换 光电/热电器件〔传感器〕、变换电路、前置放大 将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息〔电信号
的放大和处理〕。 电路处理 放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、微机与接口、
光电检测系统与人操作功能比较
被测物体
感觉器官
人脑
手控
被测物体
光电传感
微机
执行机构
光电传感局部相当于人身的感觉器官
光电检测系统的功能分类
《光电检测技术》课件
总结
光电检测技术的应用广泛，原理简单而高效。随着技术的不断发展，它将在各个领域中发挥更重 要的作用，并为我们带来更多惊喜和机遇。
《光电检测技术》PPT课 件
欢迎各位参加今天的课程！本课程将介绍光电检测技术的应用、原理、种类 以及未来发展趋势。让我们一起探索这个令人兴奋的领域！
光电检测技术的应用领域
1 自动化工业
光电检测技术在工业生产中广泛应用，用于检测产品质量、生产过程控制等。
2 医疗诊断
通过光电检测技术，医生可以进行无创性、快速且准确的医学检查，有助于疾病早期诊 断。
3 环境监测
光电检测器可用于测量空气污染、水质监测以及气候变化等环境参数。
光电检测技术的原理
光电效应
当光照射到物质表面时，光的能量会激发物质中的电子跃迁，产生电流。
信号处理
通过电路将光电器件的输出信号转换为可测量或可视化的形式，方便分析和应用。
光电检测器的种类
光敏电阻
根据光照强度对电阻值进 行变化。
3 快速响应
光电检测器的响应时 间非常短，适用于需 要实时检测和控制的 应用。
光电检测技术的发展趋势
1
更高分辨率
光电检测技术将实现更高分辨率的
更小尺寸
2
光电传感器，提高检测和测量的精 度。
光电器件将变得更小巧紧凑，适用
于微型化和集成化的应用。
3
更广应用领域
光电检测技术将渗透到更多领域， 如智能家居、无人驾驶、虚拟现实 等。
光电二极管
将光能转换为电能的二极Байду номын сангаас管器件。
光电二极管阵列
由多个光电二极管组成的 二维阵列，可用于图像捕 捉和识别。
光电检测技术的优势
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光电检测器件
③噪声等效功率(NEP)-最小可探测功率 信号功率=噪声功率，即S/N=1时，入射到探测器
件上的辐射通量(单位为瓦)。
NEP e
S/N
NEP越小，噪声越小，器件的性能越好。
光电检测器件
④探测率D与归一化探测率D*
D越高，器件性能越好。为了在不同带宽内对测得的
不同的光敏面积的探测器件进行比较，使用了归一化
光电检测器件
第一节：光电检测器件的基本特征参数 一、有关响应方面的特性参数 1．响应度(或称为灵敏度)-光电转换效能
光电探测器输出信号（输出电压或输出电流）与 输入辐射功率或光通量之比。
一定入射光功率下，探测器输出电压或电流，可 分为电压响应度或电流响应度。用公式表示如下：
Sv
V0 Pi
入射光功率
一、接收光信号的方式 二、各种光电检测器件的性能比较 三、光电检测器件的应用选择
光电检测器件
根据光电检测器件对辐射的作用方式的不同(或说 工作机理的不同)，可分为光子检测器件和热电检测器 件两大类。
光电检测器件和热电检测器件比较： 1、热电检测器件：
①响应波长无选择性。即它对从可见光到远红外 的各种波长的辐射同样敏感；
光电检测技术
光电工程学院
长春理工大学
第三章：光电检测器件
第一节 光电检测器件的基本特性参数
一、有关响应方面的特性参数 二、有关噪声方面的参数 三、其它参数
第二节 真空光电探测器件
一、光电发射材料 二、光电倍增管
第三节 半导体光电检测器件
一、光敏电阻 二、光电池 三、光敏二极管 四、光敏三极管
第四节 各种光电检测器件的性能比较和应用选择
上升时间：从l0％上升到90％峰值处所需的时间。 下降时间：从90％下降到10％处所需的时间。 如图2—1：
光电检测器件
5、频率响应 光电探测器的响应随入射辐射的调制频率而变化的
特性称为频率响应，利用时间常数可得到光电探测器 响应度与入射调制频率的关系，且时间常数决定了光 电深酗器频率响应的带宽。
光电检测器件
表明探测器对连续辐射通量的反应程度；
0 d
S()(I0) I0S()()
1 为器件的短波限；
0 为器件的长波限。
积分得连续辐射量产生的电流：I
0 1
Sd
S I
0 1
S
d
0 d
光电检测器件
4、响应时间 描述光电探测器对入射辐射响应快慢的一个参数。
即驰豫，当入射辐射到光电探测器后或入射辐射遮断 后，光电探测器的输出上升到稳定值或下降到照射前 的值所需时间称为响应时间。
光电导效应 如：光敏电阻
内光电效应
非放大型 光二、光电池
光生伏特
放大型 光三、场效应管、
雪崩光电二极管
光电检测器件
光子器件
热电器件
真空器件
光电管 光电倍增管 真空摄像管 变像管 像增强管
固体器件
光敏电阻 光电池 光电二极管 光电三极管 光纤传感器 电荷耦合器件
CCD
热电偶/热电堆 热辐射计/热敏电阻 热释电探测器
SI
I0 Pi
光电检测器件
注：对于一个给定器件，入射光波长不同，灵敏度将 不同，因此又有光谱响应度和积分响应度。 2、光谱响应度
入射到探测器上的单色辐通量(光通量)所对应的 光电探测器的输出电压或输出电流。对应的值越大， 表明探测器愈灵敏。
S() V0 或 S() I0
()
()
3、积分响应度
②响应慢。即吸收辐射产生信号需要的时间长， 一般在几毫秒以上。
如：热释电探测器、热敏电阻、热电偶和热电堆 等。
2、光电检测器件：
光电检测器件
①响应波长有选择性。因这；
②响应快。一般为纳秒到几百微秒。
非放大型 如：真空光电管
外光电效应
放大型 如：光电倍增管
探测率(比探测率)D*这—参数。
光敏
面积
D 1 NEP
测量
D* D A•f 带宽
⑤暗电流 即光电检测器件在没有输入信号和背景辐射时所流
(统计起伏)所造成的噪声。在每个时间间隔内，穿过 势垒区的载流子数或从阴极到阳极的电子数都围绕一 平均值上下起伏。同样是白噪声。 ③产生复合噪声
载流子的产生率与复合率在某个时间间隔也会在 平均值上下起伏。这种起伏导致载流子浓度的起伏， 从而也产生均方噪声电流。频率越低，电流较大时， 该噪声就越大。
光电检测器件
IS2RL IN2 RL
IS2 IN2
若用分贝（dB）表示，为:
N S10lgIIN S22
20lgIS IN
光电检测器件
注：利用S／N评价两种光电器件性能时，必须在 信号辐射功率相同的情况下才能比较。但对单个光电 器件，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，接收而积大，S／N就大，但 性能不一定就好。因此用此参数评价器件有一定的局 限性。 ②等效噪声输入(ENl)-器件在特定带宽内(1Hz)产生的 均方根信号电流恰好等于均方根噪声电流值时的输入 通量。在确定光电器件的探测极限时使用，出厂前标 定好了的，设计电路时或选择器件时直接使用。
光电探测器的响应随入射辐射的调制 频率而变化的特性。其关系如下：
Sf
So 12f2
1 2
Sf
So
1 0.707
频率响应曲线
上限截 止频率
f上2121RC
f f上
二、有关噪声方面的参数（内部噪声） 光电检测器件 对这些随时间而起伏的噪声电压(流)按时间取平
均值，则平均值等于零。但这些值的均方根不等于零， 这个均方根电压(流)称探测器的噪声电压(流)。 1、光电探测器件的噪声 ①热噪声
或称约翰逊噪声，即载流子无规则的热运动造成 的噪声。导体或半导体中每一电子都携带着电子电量 作随机运动(相当于微电脉冲)，尽管其平均值为零， 但瞬时电流扰动在导体两端会产生一个均方根电压， 称为热噪声电压。热噪声存在于任何电阻中；热噪声 与温度成正比；与频率无关。是白噪声。
光电检测器件
②散粒噪声 或称散弹噪声，即穿越势垒的载流子的随机涨落
④1/f噪声-或称闪烁噪声或低频噪声 这种噪声是由于光敏层的微粒不均匀或不必要的
微量杂质的存在，当电流流过时在微粒问发生微火花 放电而引起的微电爆脉冲。频率越低，噪声越大。 2、衡量噪声的参数 ①信噪比(S／N)
判断噪声大小的参数，常用分贝表示（dB）。在 负载上产生的信号功率与噪声功率之比。
S PS N PN