第三章 热电探测器件

第三章光电探测器3.1 光电探测器的物理基础3.2 光电子发射探测器3.3 光电导探测器3.4 光伏探测器3.5 热电探测器3.6 光电成像器件3.7 各类光电探测器的性能及应用比较3.7 各类光电探测器的性能及应用比较为了在设计光电系统选择探测器时综合参考，将各类光电探测器的性能和应用范围作一简要的比较；注意：由于实际工程测量和科学研究所需解决的问题千差万别，以致对光电系统所需的性能参量各有侧重。

本节将以光电探测器的一些基本参量对各类探测器作一比较。

3.7.1 单元光电探测器性能及应用比较一、典型探测器内阻值比较设计光电系统时，首先要考虑前置放大器的设计，为了获得低噪声前置放大器，必须了解探测器内阻值，以便根据最佳源电阻匹配原则选择低噪声放大器，以得到最大的输出信噪比。

z一般按探测器内阻高低可分为三类：(1)低阻探测器：内阻低于100。

(2)中阻探测器：内阻在100Ω一lMΩ之间。

(3)高阻探测器：内阻高于1MΩ二、光电探测器的光谱响应范围比较光电探测器的光谱响应范围主要由制作器件的材料决定，在前几节对各种器件的光谱响应范围已作详细介绍，这里可综合归纳其基本要点：1．热电探测器的光谱响应范围最宽，从可见光到远红外波段(400nm一1000000nm)都有平坦的光谱响应，它们的光谱响应范围主要取决于器件的窗口材料。

常用的光学窗口材料有：一般光学玻璃(300一800nm)、石英玻璃(260—3500nm)、锗(1700—2300nm)、KRS—5(碘化铊—溴化铊)(500nm—50000nm)。

2．光子探测器是对波长响应有选择性的探测器．它们的响应范围由材料自身特性决定。

光谱响应范围在可见光及近红外波段，最重要的材料有：硒(350一700nm，λp为570nm)、硅(400—1100nm，λp为850nm)，光谱响应范围在红外波段的材料很多，但它们的共同特点是一般要在低温下工作(多数在液氮温度77K下工作)。

机械工程测试技术基础习题解答（超全）机械工业出版社 熊诗波 黄长艺第一章 信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n |–ω和φn –ω图，并与表1-1对比。

解答：在一个周期的表达式为00 (0)2() (0)2T A t x t T A t ⎧--≤<⎪⎪=⎨⎪≤<⎪⎩积分区间取（-T/2，T/2）000000002202002111()d =d +d =(cos -1) (=0, 1, 2, 3, )T T jn tjn tjn t T T n c x t et Aet Ae tT T T Ajn n n ωωωππ-----=-±±±⎰⎰⎰所以复指数函数形式的傅里叶级数为001()(1cos )jn tjn t n n n Ax t c ejn e n ∞∞=-∞=-∞==--∑∑ωωππ，=0, 1, 2, 3,n ±±±。

(1cos ) (=0, 1, 2, 3, )0nInR A c n n n c ⎧=--⎪±±±⎨⎪=⎩ππ21,3,,(1cos )00,2,4,6,n An A c n n n n ⎧=±±±⎪==-=⎨⎪=±±±⎩πππ图1-4 周期方波信号波形图1,3,5,2arctan 1,3,5,200,2,4,6,nI n nR πn c πφn c n ⎧-=+++⎪⎪⎪===---⎨⎪=±±±⎪⎪⎩没有偶次谐波。

其频谱图如下图所示。

1-2 求正弦信号0()sin x t x ωt=的绝对均值xμ和均方根值rmsx 。

解答：0002200000224211()d sin d sin d cos T TT Tx x x x x μx t t x ωt t ωt t ωt T T TT ωT ωπ====-==⎰⎰⎰rmsx ====1-3 求指数函数()(0,0)atx t Ae a t -=>≥的频谱。

思索题及其答案习题01一、填空题1.一般把对应于真空中波长在（0.38 ）到（0.78 ）范围内旳电磁辐射称为光辐射。

2、在光学中, 用来定量地描述辐射能强度旳量有两类, 一类是（辐射度学量）, 另一类是(光度学量)。

3、光具有波粒二象性, 既是（电磁波）, 又是（光子流）。

光旳传播过程中重要体现为（波动性）, 但当光与物质之间发生能量互换时就突出地显示出光旳（粒子性）。

二、概念题1.视见函数: 国际照明委员会（CIE）根据对许多人旳大量观测成果, 用平均值旳措施, 确定了人眼对多种波长旳光旳平均相对敏捷度, 称为“原则光度观测者”旳光谱光视效率V(λ),或称视见函数。

2.辐射通量: 辐射通量又称辐射功率, 是辐射能旳时间变化率, 单位为瓦(1W=1J/s), 是单位时间内发射、传播或接受旳辐射能。

3、辐射亮度: 由辐射表面定向发射旳旳辐射强度, 除于该面元在垂直于该方向旳平面上旳正投影面积。

单位为(瓦每球面度平方米) 。

4、辐射强度：辐射强度定义为从一种点光源发出旳, 在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出旳能量, 单位为W／sr(瓦每球面度)。

三、简答题辐射照度和辐射出射度旳区别是什么？答: 辐射照度和辐射出射度旳单位相似, 其区别仅在于前者是描述辐射接受面所接受旳辐射特性, 而后者则为描述扩展辐射源向外发射旳辐射特性。

四、计算及证明题证明点光源照度旳距离平方反比定律, 两个相距10倍旳相似探测器上旳照度相差多少倍？ 答:2224444R I R I dA d E R dA d E R II===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为 ()122222222211221211001001010E E L IE L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴== 又的距离为第二个探测器到点光源，源的距离为设第一个探测器到点光 习题02一、填空题1.物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。

思考题及其答案习题01一、填空题1、通常把对应于真空中波长在（0.38mμ）范围内的电磁辐μ）到（0.78m射称为光辐射。

2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。

3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。

光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。

二、概念题1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。

2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。

3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。

单位为(瓦每球面度平方米) 。

4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。

三、简答题辐射照度和辐射出射度的区别是什么？答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。

四、计算及证明题证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答：2224444R I R I dA d E R dA d E R II===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()122222222211221211001001010E E L IE L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴==ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源，源的距离为设第一个探测器到点光 习题02一、填空题1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。