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《光电探测技术》课件-第四章

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第四章 光电探测

第四章 光电探测
– 光学变换 – 光电变换 – 电路处理
检测的基本概念
定义： 确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作
被测对象： 宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ……） 物理量（光、电、力、热、磁、声、…） 化学量（PH、成份…） 生物量（酶、葡萄糖、…） …… 全部操作： 检测器具 检测过程 传感器、检测仪器、检测装置、检测系统 信号采集、信号处理、信号显示、信号输出
光电检测系统
光 源 光 学 系 统 被 测 对 象 光 学 变 换 光 电 传 感 变 换 电 路
电 信 号 处 理
存 显 控
储 示 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。
二、检测技术在日常生活中的应用
家用电器： 数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器 自动感应灯：亮度检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶 电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器 遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管 可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 办公商务：扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管 医疗卫生： 数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器 电子血压计：血压检测 --- 压力传感器 血糖测试仪、胆固醇检测仪 --- 离子传感器
光电检测技术
教材
《光电检测技术与应用》郭培源 付扬 编著 北京航空航天大学出版社
参考书目
《光电检测技术》曾光宇等编著 清华大学出版社 《激光光电检测》吕海宝等编著 国防科技大学出版社 《光电检测技术》雷玉堂等编著 中国计量出版社

军事理论课 课件 第四章第二节

军事理论课 课件 第四章第二节

• 敌对双方的作战企图和行动是建立在所获取情报 基础上的。 • 尽管现代光电侦察技术具有全天候、实时化、高 分辨率和准确的定位识别能力，但由于伪装技术 的运用，能使敌人、造成敌人造成错觉，以致获 取错误情报。 • 伪装是提高作战部队生存能力的重要措施 • 战场上，作战双方都将面临如何保存自己的问题。 通过伪装，既可增加敌人侦察的困难，使其不易 发现真目标，又可诱骗敌人实施攻击，分散敌人 火力；可使敌人真假难辨，无所适从。从而减少 敌武器的命中率和杀伤率，提高部队生存能力
隐身技术
• 隐身技术的出现已使伪装技术由消极被动变为 积极主动，不仅可以由于“隐真”而保存自己， 也可以因“示假”而迷惑对方
• 1、隐身外形技术 外形是目标暴露的主要特征，现代兵器对 外表形状处理得如何，将直接影响到防可 见光和雷达侦察效果。目前对武器装备的 外形设计是以防雷达侦察为主，兼顾致对 付可见光侦察。 • （1）反雷达探测隐身外形技术 • （2）反可见光探测隐身外形技术
视频
• • • • • • • •
一、电子信息技术 二、生物与新医药技术 三、航空航天技术 四、新材料技术 五、高技术服务业 六、新能源及节能技术 七、资源与环境技术 八、高新技术改造传统产业
现代侦察技术和手段
• 电子侦察技术 • 传感器技术 • 光电侦察技术
• 雷达侦察技术 • 雷达侦察技术是指 利用雷达侦察机接 收敌方雷达辐射信 号，从而获得敌方 雷达侦察技术 雷达的空间位置和 传感器技术 技术参数的技术。 其他侦察技术 雷达侦察系统通常 由天线、天线控制 设备、接收机和终 端设备等四部分组 成。
航空侦察是指使用航空器在 环绕地球的大气层内，对敌 方活动、阵地等情况进行的 侦察与监视。航空侦察使用 的平台有：飞机、飞艇、漂 浮气球，系留气球和旋翼升 空器等，其中又以有人驾驶 侦察机、侦察直升机、无人 驾驶侦察机和预警机为 主．用于执行战略、战役、 战术侦察任务。

光电信号检测光电探测器概述概要课件

光电信号检测光电探测器概述概要课件
光电探测器广泛应用于光通信、光谱分析、环境监测、生物医学 等领域，是光电信号检测中的关键器件。
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。
THANK YOU
感谢聆听
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。

第4章-光电探测原理及器件

第4章-光电探测原理及器件

４．响应时间



响应时间τ参数描述光电探测器对入射光响应快慢。 上升时间是指入射光照射到光电探测器后，光电探测器输 出上升到稳定值所需要的时间。 下降时间是指入射光遮断后，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。 S0 光电探测器响应率与入射调制频率的关系为 S ( f )
4.2 光电探测器的性能参数

对应光电探测器按照探测原理也可以分为两大 类，即光子探测型和热探测型。 光子探测型光电探测器基于光电效应原理，即 利用光子本身能量激发载流子。这类探测器有 一定的截止波长，只能探测短于这一波长范围 的光线，但它们响应速度快，灵敏度高，使用 非常广泛。

热探测型光电探测器
1 2 h mv0 A0 2
式中：hv为单个光子的能量；m为电子质量； v0为电子逸出速度；A0为物体表面电子逸出功。 可知，光电子能否产生，取决于光子的能量是 否大于该物体的表面电子逸出功A0。
外光电效应
不同的物质具有不同的逸出功，即每一种物质都 有一个对应的光频阈值，称为红限频率（或截止 频率。 A0 c 光电子发射的红限频率为 h 对应的波长限为 hc c
光电子技术基础
第4章 光电探测原理及器件
Hale Waihona Puke 厚德博学求实创新学习目标
通过本章学习，掌握光电探测的基本物理效应、 光电探测器及其性能参数、各种光电探测器件
的基本结构、特性参数的相关知识，掌握直接
探测系统和光频外差探测系统的性能，了解各 种光电探测器件的实际应用，为光电探测器的 选用和设计打下基础。

光电检测技术概论资料PPT课件

光电检测技术概论资料PPT课件
光电检测的缺点： 受光学介质的影响大（水、空气、
尘土），成本高些。
四. 光电检测技术的应用
工业生产 航空航天 民用生活 军事作战
绪论
在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…. 现代工程装备中，检测环节的成本约占50~70%
在线 测量
在流水线上，边加工，边检 验，可提高产品的一致性和加工 精度。
从亮处突然进入暗处时，最初看不清楚任何物 体，经过一定时间后，视觉敏感度才逐渐增强。
从暗处突然进入亮处时，最初只感到耀眼的光 亮，看不清物体，一段时间后才能恢复视觉。
３.人的视觉有很高的分辨能力
４. 人的视觉具有很高的辨色能力
视网膜三种视锥细胞：
三原色学说：某一波长光线作用于视网膜 时，三种视锥细胞兴奋程度不同，信息传入 中枢，产生某一颜色的视觉
由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息， 再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理，最后 显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量
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
光电检测系统与人操作功能比较
被测物体 手控
航空航天
民用生活
安全检查
面部 识别技术
军用作战
激光测距机、激光雷达、激光导引头、激 光陀螺、热成像系统、微光夜视仪、观瞄 系统、卫星观测系统……
单兵作战武器
夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术 激光测距仪：可精确的定位目标。
美国国家导弹防御计划---NMD
1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5. 卫星红外线监测系 统

《光电检测技术》课件-光电探测器的特性

《光电检测技术》课件-光电探测器的特性
光电探测技术是现代光电领域的重要分支，其中光电探测器的的重要指标之一。在设计光机扫描型系统时，必须精心选择探测器的时间常数，确保其短于探测器在瞬时视场上的驻留时间，以保障探测器的响应速度能跟上扫描速度。此外，针对不同的辐射信号检测需求，探测器的响应速度选择也至关重要。例如，在检测连续波激光时，可以使用响应较慢的热电堆作为探头探测器；而在检测脉冲激光时，则必须选用响应速度更快的热释电探测器；若激光脉宽非常窄，甚至需要使用光子探测器进行检测。这些选择策略旨在确保探测器能在各种应用场景中准确、高效地捕捉和分析入射信号，从而充分发挥光电探测技术的优势。

光电探测器概况课件

光电探测器概况课件

噪声干扰
灵敏度
光电探测器在工作中容易受到环境噪 声的干扰，如热噪声、散粒噪声等， 这些噪声会影响探测器的性能和精度 。
光电探测器的灵敏度也是一大挑战， 尤其是在低光强度或弱光信号的探测 中，需要提高探测器的灵敏度和信噪 比。
响应速度
光电探测器的响应速度是另一个挑战 ，尤其在高速或瞬态光信号的探测中 ，需要提高探测器的响应速度和带宽 。
光电探测器技术的起源
19世纪末
物理学家发现光电效应，为光电 探测器技术奠定理论基础。
20世纪初
科学家开始研究光电材料，探索 光电转换原理。
光电探测器技术的发展阶段
20世纪中叶
半导体材料的发展推动了光电探测器 技术的进步，硅基光电探测器逐渐成 为主流。
20世纪末至今
新型光电材料和器件不断涌现，光电 探测器技术应用领域不断拓展。
光电探测器可以检测空气中的污染物，如烟雾、灰尘等。
光电探测器在医疗领域的应用
医学影像
光电探测器用于医学影像设备，如CT、 MRI等，将X射线或磁共振信号转换为图像 。
激光治疗
在激光治疗中，光电探测器用于检测激光光 束的强度和位置，确保治疗的准确性和安全
性。
06
光电探测器的挑战与 展望
光电探测器面临的主要挑战
• 噪声等效功率：描述光电探测器在特定信噪比下所能探测到的 最小光功率。它反映了探测器在低光功率条件下的探测能力， 是衡量光电探测器性能的重要指标。
探测率与探测极限
探测率
描述光电探测器在单位时间、单位面积内探测到的光子数。它是衡量光电探测器探测能力的关键参数 。
探测极限
指光电探测器在特定噪声等效功率下的最小可探测光功率。它反映了探测器在高信噪比下的探测能力 。

光 电 探 测 器ppt课件

光 电 探 测 器ppt课件
*
PIN 光电二极管
(1)结构与工作原理： 为改善PN结耗尽层只有几 微米，长波长的穿透深度 比耗尽层宽度还大，大部 分入射光被中性区吸收， 使光电转换效率低，响应 时间长，响应速度慢的特 性，在PN结中设置一层掺 杂浓度很低的本征半导体 （称为I），这种结构便是 PIN光电二极管。
P+
I
N+
耗尽层
c
hc Eg
• 量子效率的光谱特 性取决于半导体材 料的吸收系数 α (λ)
0.2 0 0.7 0.9 1.1
10%
1.3
1.5
1.7
PIN响应度、量子效率 与波长的关系
3. 响应时间及频率特性
当光电二极管具有单一的时间常数 前沿和脉冲后沿相同，且接近函数 exp(t / 0 ) 和 exp(t /0 ) ， 由此得到脉冲响应时间为 2 . 2 r f 0
R
P+
N+
PIN光电二极管原理图
抗反射膜
电极
Ⅱ(N) 掺杂浓度很低； P P+和N+掺杂浓度很高 Ⅱ(N) 。 且I层很厚，约有 N 5~5 0μm，吸收系数 电极 很小，入射光很容易进 PIN光电二极管结构 入材料内部被充分吸收 而产生大量的电子-空 穴对 ,因而大幅度提高 P+层和N+层很薄，吸 了光电转换效率，两侧
0
时，其脉冲
具有一定时间常数的光电二极管，对于幅度一定 ，频率为 f c 的正弦调制信号，截止频率 2 f 1 0.35
fc
20

r
谢谢！
响应度分为电压响应度和电流响应度
• 电压响应度Rv
光电探测器件输出电压与入射光功率之比 • 电流响应度RI

光电探测技术—第四章

光电探测技术—第四章

光电倍增管通常有侧窗和端窗两种形式。侧窗型光电倍 增管是透过管壳的侧面接收入射光，而端窗式光电倍增 管是透过管壳的端面接收入射光。

侧窗式光电倍增管一般使用反射式光电阴极，而且 大多数采用鼠笼式倍增极结构，如图a所示。 端窗式光电倍增管通常使用半透明光电阴极，光电 阴极材料沉积在入射窗的内侧面。如图b所示。常来自几种窗口材料的 光谱透射比曲线。

实用光电倍增管的阴极光谱响应特性如图4-11和表4-1所示。

2.电子光学系统 电子光学系统主要有两方面的作用，使光电阴极发射的光电 子尽可能全部会聚到第一倍增极上，而将其它部分的杂散热 电子散射掉，提高信噪比，一般用电子收集率表示；二是使 阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中渡越的时间尽 可能相等，以保证光电倍增管的快速响应，这一参数常用渡 越时间的离散型△t表示。 下面介绍几种典型的结构和性能。 图a是最简单的电子光学系统。
N2 N1

二次发射过程可以分三步来描述： 材料吸收一次电子的能量，激发体内电子到高能态， 这些被激电子称为内二次电子； 内二次电子中初速指向表面的那一部分向表面运动， 在运动过程中因散射而损失能量； 如果达到界面的内二次电子仍有足以克服表面势垒的 能量，即逸出表面成为二次电子。


图a中：


1是光电阴极； 2是与光电阴极同电位的金 属筒或镀在玻璃壳上的金 属导电层； 3是带孔膜片； 4是第一倍增极。

在图 (b)系统中约为10ns，为 了使小型光电倍增管的倍增 极合理安排在管壳内（具有 对称性），充分利用玻璃管 内的空间，同时保证有高的 电子收集率，可采用图4-12? 所示电子光学系统。图中增 加了斜劈式圆柱筒电极4，该 电极固定在偏心的带孔膜片 上，其轴线与阴极的轴线之 间的夹角常取20°。这种结 构的性能与前者相近。

《光电导探测》PPT课件

《光电导探测》PPT课件
K P
Ru Ru K RI RI K
ppt课件
9
3 .光谱响应率与响应率的关系
❖
光源辐射功率谱密度 功率，即：
P
定义为单位波长范围内的辐射
P
dP
d
❖ 光源辐射功率谱密度随波长的分布曲线如图1-2，是 光源的特性。
P
Pm
dλ
P ( )
1 光源光谱辐射功率谱密度归一化:
P( ) P
Pm
Pm：单色辐射功率最大值
❖ 价带中的电子吸收了能量足够大的 Ec
光子后，受到激发，越过禁带，跃
入导带，并在价带中留下一个空穴，
EF Ev
形成了电子空穴对，这种跃迁过程
所形成的光吸收过程称为本征吸收。
ppt课件
26
❖ 要产生本征吸收，光子的能量必须大于或等于禁带
的宽度Eg，即
h Eg
换算成光波长λ的表达式，可得 就是说，波长λ必须满足：
Si
104
103
GaAs
103
102 102
101
101
100
10-1
1.0
0.6 0.8 1
2
h (eV )
3 4 5 ppt课件1.3
1.4
1.5
1.6
h(eV)
25
❖ 半导体的光吸收有本征吸收、杂质 吸收、自由载流子吸收、激子吸收、
晶格振动吸收等多种吸收机制。其
中，最主要的吸收是本征吸收。 E0
Ns——由NP所产生的信号量子数
响应率实质上反映了器件的灵敏程度，因此，响应率又被叫做
灵敏度或积分灵敏度，而相应ppt课的件光谱响应率叫做光谱灵敏度。8
光度量的电压响应率和电流响应率:

4.1 光电检测

4.1 光电检测

二、差动法
图4.1.1-2 双光路差动法测量物体长度
1．调整： 放入标准工件的尺寸，调整光楔，使 φ1 ＝ φ2 ，使 μA表读数为“0”， 2．测量： 当工件尺寸无误差时，φ1＝φ2，光电传感器输出U 无交变分量，见图4.1.1－3； 当工件尺寸变小时，φ1>φ2，光电传感器输出U有 交 变 分 量 ， 幅 值 取 决 于 φ1 与 φ2 之 差 ， U ＝ S(φ1φ2)=SΔφ。
28
附
模拟乘法器的应用
2 i
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
1. 平方运算
uo Ku
2. 除法运算
ui
uo1
R1 R2 i2
uo
ui2
对理想运放 u–= u+= 0 i –= i + = 0
ui1 uo1 K ui 2uo R1 R2 R2
ui1
i1
– + +
uo
R’
R2 ui1 uo KR1 ui 2
脉冲激光测距的方框图见图4.1.2-2。
图4.1.2-2 脉冲激光测距方框图 它由脉冲激光发射系统、接收系统、控制电路、时 钟脉冲振荡器以及计数显示电路等组成。
图4.1.2-3 脉冲测距的波形图
由光电器件5得到的电脉冲，经放大器7以后，输出一定 形状的负脉冲至控制电路8。由参考信号产生的负脉冲A（图
t
图4.1.1-3 光电传感器输出 当工件尺寸变大时，φ1<φ2，光电传感器输出U有交变分 量，幅值取决于φ1与φ2 之差，U＝S(φ1-φ2)=－SΔφ。
3．结论： 测量值的大小决定于u的幅值，测量值的正负决定于 u的相位，可通过相敏检波器得到。这样，只要判断 u 的 正负，就可知道被测工件的正负偏差，只要测出u的大小， 就可知道工件的偏差值。

第4节光电效应光电探测器的噪声和特性ppt课件

第4节光电效应光电探测器的噪声和特性ppt课件
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
小和消除噪声是十分重要的问题。
第一章
（2）光电探测器常见的噪声
• 热噪声 • 散粒噪声 • 产生-复合噪声 • 1/f噪声
光电检测应用基础
第一章
（1）热噪声
光电检测应用基础
• 光电检测器件是利用物质的光电效应把光信号转换成 电信号的器件.
• 光电检测器件分为两大类: –光子(光电子)检测器件 –热电检测器件
第一章
光电检测器件
光电检测应用基础
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
光电检测应用基础
3. 界面p区侧留下固定离化受主负 电荷， n区侧留下固定的离化施 主正电荷；该正负电荷称为空间电荷，存在正负 空间电荷的区域称 为空间电荷区。
4.正--负电荷间产生电场，该电场称为空间电荷区自建电场；
5.自建电场使空间电荷区内的电子和空穴产生与其扩散运动方向相
反的漂移运动；
6. 随扩散运动的进行，空间电荷区正、负电荷量逐渐增加，空间 电荷区逐渐变宽，自建电场也随之逐渐增强，同时电子和空穴的 漂移运动也不断加强;
光电检测应用基础
(7)线性
·线性度：它是描述光电探测器输出信号与输入信 号保持线性关系的程度.
·在某一范围内探测器的响应度若为常数，称这个 范围为线性区
非线性误差：
δ ＝ Δmax / ( I2 – I1) Δmax：实际响应曲线与拟合曲线之间的最大偏； I2 和 I1：分别为线性区中最小和最大响应值。

光电探测器的偏置电路PPT课件

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光电探测与信号处理
第四章 光电信号处理
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
第四章 光电信号处理
教学内容
4.1 光电探测器的偏置电路
4.1.1 探测器伏安特性回顾及基本概念 4.1.2 可变电阻型探测器的偏置和设计 4.1.3 恒流源型探测器的偏置和设计 4.1.4 光生电势型探测器的偏置和设计
4.2 光电探测器的放大电路
4.2.1 放大器的噪声模型 4.2.2 放大器的外部电路设计 4.2.3 多级放大器的噪声影响
4.3 微弱信号检测
4.3.0 概述 4.3.1 信噪比改善（SNIR） 4.3.2 相关检测原理 4.3.3 锁定放大器 4.3.4 取样积分器
课内学时 课外学时
8h
8h
3
4.1 光电探测器的偏置电路
VIRLV(B RdRd2SRgL )2RL
电路参数确定后，输出信号变化与入射辐射量的变化成线性关系20 。
二、基本偏置的动态设计
设入射于光敏电阻的辐射为调制辐射正弦，
(t) 0 msi n t
V
Cd
ip ~ Rd
RL
VL
基本偏置电路
等效微变电路
21
输出的交流部分电流
ip(t)SgV 0 msi n t
Rb
RL
Vb
Vb IRb V I(VbV)/Rb
25
（2）确定静态工作点
负载线和静态工作时所对 应的伏安特性曲线的交点 Q即为输入电路的静态工 作点。
负载线的确定：
I(VbV)/Rb

光电探测器的性能与参数 ppt课件

光电探测器的性能与参数 ppt课件

D* D Af
1
(cm Hz 2 / W)
称为归一化探测度。
这时就可以说：D*大的探测器其探测能力一定好。
考虑到光谱的响应特性，一般给出D*值时注明响应波长 λ、光辐射调制频率f及测量带宽Δf，即D*(λ, f ,Δf )。
共28页 21
ppt课件
UP
DOWN
21
BACK
主讲:周自刚《光电子技术》§4.2光电探测器的性能参数
七、其它参数
光电探测器还有其它一些特性参数，在 使用时必须注意到，例如光敏面积，探测器 电阻，电容等。
特别是极限工作条件，正常使用时都不允 许超过这些指标，否则会影响探测器的正常 工作，甚至使探测器损坏。
通常规定了工作电压、电流、温度以及光 照功率允许范围，使用时要特别加以注意。
光敏电阻
共28页 22
1探测器件热电探测元件光子探测元件气体光电探测元件外光电效应内光电效应非放大型放大型光电导探测器光磁电探测器光生伏特探测器本征型掺杂型非放大放大型真空光电管充气光电管光电倍增管变像管摄像管像增强器光敏电阻红外探测器光电池光电二极管光电三极管光电场效应管雪崩型光电二极管夜色降临海面上有一无形的视而不见触而不觉的哨兵红外激光探测器监视着海面当有不速之客到来光线挡断光电探测器探测不到激光而进行声光报警
共28页 3
ppt课件
光电倍增管
3
UP
DOWN BACK
主讲:周自刚《光电子技术》§4.2光电探测器的性能参数
4.2 光电探测器的性能参数
光电倍增管
共28页 4
ppt课件
UP
DOWN
4
BACK
主讲:周自刚《光电子技术》§4.2光电探测器的性能参数

《光电检测技术》PPT课件

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10
二、光度量
光度量与人眼有关联，所以只与可见光发生联系。
为避免混淆，在辐射度量符号上加下标“e”，而在光度量符号上加下标“v”
1. 视见函数
光视效能
K v e
光谱光视效能
K () v
e
K（λ）值表示在某一波长上，每1W光功率对目视引起刺激的光通量
光视效能与光谱光视效能的关系
、() 、 (都) 是波(长)的函数
分别称为光谱反射率 、光谱吸收率 、光谱透射率
27
2. 朗伯定律和朗伯—比耳定律
（1）朗伯定律 （吸收定律） 只考虑介质的吸收 设有一平行辐射束在均匀（即不考虑散射）的吸收介质内传播距离为dx 路程之后，其辐射功率减少dP ，实验证明，被介质吸收掉的辐射功率的相对 值 dP/P 与通过的路程dx 成正比
1 Myriametre
万 米 = 1 mam = 104 metres
间 1 Kilometre
千 米 = 1 km
= 103 metres
1 Hectometre 百 米 = 1 hm
= 102 metres
1 Decametre
十 米 = 1 dam = 10 metres
1 Metre
米 = 1m
22
2. 互易定理
设有两个面积分别为A1 和 A2 的均匀朗伯辐射面，其辐射亮度分别为L1 和 L2
P12
L1 cos1
cos2
l2
1
2
P21
L2
cos1
cos2
l2
1
2
两朗伯面所接收到的
P12 L1
辐射功率之比

《光电探测器》PPT课件

《光电探测器》PPT课件

6、光敏二极管的一般特性
a、量子效率 为每个入射光子所激发的电子空穴对数。
I ph q ( )
式中， I ph是光生电流，()是波长为 （ 对应光子能量为 h）的光子通量。
b、 响应度 R()为光电流对入射光功率之比。
R() I ph I ph q (m) ( A / W ) P ()hv hv 1.24
8 半导体光电探测器
2021/4/24
1
本章内容
• 1.半导体光电探测器概述 • 2.光敏电阻 • 3.光敏二极管
2021/4/24
2
8.1 半导体光电探测器概述
光电探测器是对各种光辐射进行接收和探测的器件。
光电探测器
光电发射器件：真空光电二极管，光电倍增管等
半导体光电探测器
光导型（PC）:各种光敏电阻
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
2021/4/24
11
8.2光敏电阻
3、光敏电阻工作原理
24
8.3光敏二极管
4、光敏二极管的伏安特性
由图可见，在低反压下电流随光电 压变化非常敏感。这是由于反向偏压 增加使耗尽层加宽、结电场增强，它 对于结区光的吸收率及光生裁流子的 收集效率影响很大。当反向偏压进一 步增加时，光生载流子的收集已达极 限，光电流就趋于饱和。这时，光电 流与外加反向偏压几乎无关，而仅取
t 响应速度受三个因素的限制：载流子的扩散时间

《光电探测器概述》课件

《光电探测器概述》课件
光电探测器概述
本次PPT课件将详细介绍光电探测器的定义、工作原理、分类、应用领域、 性能指标、市场前景等内容，以及总结和展望。
光电探测器的定义
1 什么是光电探测器？
光电探测器是一种将光信 号转化为电信号的器件， 常用于光通信、光电子计 算、光电测量等领域。
2 光电探测器的组成
光电探测器主要由光电转 换器、电子放大器、信号 处理电路等组成。
量子效率
探测器有效响应光子数与入射 光子数之比，常用百分比表示， 值越大，效率越高。
工作波长范围
光电探测器可以工作的光波长 范围，常用纳米、微米等单位 表示。
光电探测器的市场前景
1
新能源行业需求
2
太阳能、光催化、新型半导体等新兴产
业的发展，都需要大量应用光电探测器
的技术。
3
高速互联网需求
随着5G网络、云计算、物联网等技术的 发展，光电ห้องสมุดไป่ตู้测器在高速互联网领域的 应用需求也将持续增长。
3 光电探测器的特点
具有高精度、高速度、高 灵敏度、低噪音等特点， 是光电子技术的核心器件 之一。
光电探测器的工作原理
1
内部光电效应
通过光电效应，将入射光子能量转换成电子，再经由电荷隔离、放大、输出等处 理步骤，获得探测信号。
2
外部光电效应
借助半导体结构中PN结、PIN结等，并通过将入射光子和电子进行复合，使得 PN结两端出现电压，获得探测信号。
军事与安防
光电探测器在红外夜视、导弹制导、火力控制和远 程探测等领域有广泛应用。
新能源领域
光电探测器在太阳能电池、光催化电池等应用中发 挥重要作用。
医疗
光电探测器在CT、MRI、PET、胶片扫描等医疗领 域有广泛应用，可提供更清晰、准确的成像效果。
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时间响应
Фe δ光脉冲
渡越时间
t
I 90%
10%
上升时间
光电倍增管的伏安特性曲线
• 阴极伏安特性曲线：阴极电流与阴极电压之间的关系 • 阳极伏安特性曲线 ：阳极电流与阳极和最末一级倍增极之间电
压的关系，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。
PMT的微变等效电路
in2p 2qI p Mf 1 B
其中：0.5 < B < 1
热噪声
in2 4kTf R
• 噪声等效功率（NEP）
倍增管可能探测到的信号光功率（通量）的最小值。
NEP 2q(I po I pd )f (1 B) 1 2 Sp
Ipo为阳极信号电流，Ipd为阳极暗电流
• 上升时间 • 渡越时间
E0 EC
Ev 价带顶 发射中心
ED
N型
杂质能带 发射中心
P型
EA
导带顶 发射中心
Ea
电子亲和势
• 对应于金属的电子逸出功，也有半导体电子逸 出功，其定义为 T=0K 时真空能级与电子发射 中心的能级之差。
• 电子亲和势 导带底的电子向真空逸出时所需
的最低能量，数值上等于真空能级（真空中静
止电子能量）与导带底能级Ec之差。
真空光电器件
器件图片
各种PMT 光电管
直瓦片式 鼠笼式
PMT
PMT
盒栅式 PMT
百叶窗式 PMT
管 座 电 源 屏 蔽 罩
Electron Tube公司9360KB外形
应用举例 1
To inspect a cargo container, the container is moved across a gamma-ray beam and an image is obtained from the PMT array.
倍增管的最大光通量位于阳极伏安特性曲线拐点以右，基本 上是平直均匀分布的，一般使用倍增管也都是利用这一区域 的特性，因此在交流微变电路中可以把倍增管看成是电流源， 并考虑阳极电路的电容效应。
光电倍增管的交流微变等效电路 iA 阳极电流 C0 等效电容 R1直流负载
R2下一级放大器的输入电阻
光电倍增管的使用
片后的光电流与入射光通量（滤光前）之比表示。 • 光谱灵敏度：波长
一定的单色光照时
的灵敏度。
S（I ）
I（s ） （e ）
量子效率
• 量子效率(产额) 光电子数与入射光光子数之比。
每秒产生的光电子数
Q() 每秒入射波长为λ的光子数
若入射功率 P (W), 输出光电流I (A), 波长 (nm)
Q() I / e I hc P / h P e
M I p I k 0 ()n
M
0 C V
k n n 1
AV
kn
典型增益特性曲线
光谱响应曲线
光电倍增管的暗电流
暗电流 在各电极都加上正常工作电压并且阴极无光照情况下 阳极的输出电流。它限制了可测直流光通量的最小值， 同时也是产生噪声的重要因素，是鉴别管子质量的重 要参量。应选取暗电流较小的管子。
SK(λ)=IKλ/Φλ SK=IK/Φ
SA(λ)=IAλ/Φλ SA=IA/Φ
S：灵敏度 λ：波长 I：光电流 Φ：光通量 下标K：阴极 下标A：阳极
阴极灵敏度的测试
• 前几个倍增极加正常电压（100～300V正直流电压） • 光电阴极上的光通量为10-2～10-5lm
SK
IK
I0 L2
A
阳极极灵敏度的测试
Q() 1.24 103 S()
式中：S(λ) 的单位为A/W
光谱响应曲线
S(λ) (mA/W)
100
SbKCs Cs3Sb
10 NaKSbCs
Ag-O-Cs 阴极光谱响应曲线
0.3 0.5 0.7 0.9 碱金属锑化物阴光谱响应曲线
量子效率曲线
Electron Tube公司9360KB量子效率曲线
• 供电电路 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。
电阻链分压电阻的确定 电阻链的电流IR要比阳极最大的平均电流IAm大10倍以上。 并联电容 倍增管的输出电流主要是来自于最后几级，探测脉冲光时，为不使阳极 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。 电流增益M M = IA/IK =SA/SK M＝δn δ每极的倍增系数 n 倍增极级数
曲，实现体内导带能量高于真空能级能量。 • P 型硅涂薄层Cs，再处理形成 n 型Cs2O，由扩散形
成耗尽区。
负电子亲和势(NEA)阴极
• p-Si发射阈值
Ed1 E A1 Eg1
• Si-Cs2O耗尽层电位下降 Ed，光电子由 Si 导带底 漂移到 Cs2O导带底，需 克服EA2逸出。
• Si-Cs2O的 p-Si需克服的 有效电子亲和势：
位置敏感型 PMT
52×52×28 mm3
光电倍增管的基本参数
• 灵敏度 • 量子效率 • 增益 • 光谱响应 • 暗电流
光电倍增管的灵敏度
灵敏度：光谱灵敏度与积分灵敏度（对于多色光或全色光）
灵敏度
公式
说明
阴极 灵敏度
阳极 灵敏度
阴极光谱 灵敏度
阴极积分 灵敏度
阳极光谱 灵敏度
阳极积分 灵敏度
射材料，涂于玻壳内壁， 生化分析仪等仪器设备中
受光照时，可向外发射光
电子。阳极是金属环或金
属网，加正的高电压，收
集从阴极发射出来的电子。
• 特点：灵敏度高 20～200μA/lm
A
RL
暗电流小 10-14A
μA
弛豫过程极短
K
工作电压较高
体积较大、容易破碎。
光电管电路
光电倍增管PMT
• 光电子通过二次电子发射体获得倍增的真空光电器件
二次电子发射特性
• 倍增系数σ 随一次 电子加速电压增加而 增加
CVdk
式中： k 0.7-0.8 Vd 一次电子加速电压
Ep为一次电子能量
光电倍增管的电流增益
• 阳极电流 若n级倍增极，第一倍增极的收集率为ε0，
其它倍增极收集率均为ε，倍增系数均为σ，
I p Ik0 n
• 电流增益 若分压器均匀分压
5)阴极接地的特点是，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,但这时阳极要处于正高压。阳极接地的特点是 ，便于跟后面的放大器相接，但这时阴极要处于负高压，屏蔽罩不能跟阴极靠 得很近，至少要间隔1～2cm，因此屏蔽效果差一些，暗电流和噪声都比阳极接 地时大，而且整个倍增管装置的体积也要大些。
优良光电发射材料的条件
• 对光吸收系数大 体内有较多的电子受到激发
• 受激电子主要发生在表面附近 向表面运动过程中损失的能量少
• 材料的逸出功小 到达真空界面的电子能够比较容易地逸出
• 材料要有一定的电导率 能够通过外电源来补充因光电发射所失去的电子
半导体的光电发射
• 电子发射中心：价带顶 、杂质能级或导带底
高压供电
电压稳定度要求高（0.01～0.05％）常采用高压采样、 反馈控制、DC—DC变换的电路结构。
-HV
DC—DC 变换器
PMT
K R1 R2 R3
A
RL
Rn-1
Rn Rn+1
可控直 流稳压
高压模块框图
过流 保护
PMT专用高压电源
光电倍增管的使用注意事项
1)使用前应了解器件的特性。真空光电器件的共同特点是灵敏度高、惰性小、 供电电压高、采用玻璃外壳、抗震性差。
光阴极
孔板 第一倍增极
等电位筒
a 百叶窗式 b 盒栅式 c 近贴栅网式 d 直瓦片式 e 圆瓦片式 f MCP
鼠笼式侧窗 PMT
• 侧窗式 PMT，光电阴极一般 为长方形、反射式易与光谱 仪器的狭缝匹配。
• 瓦片形倍增极，聚焦型结构， 收集效率高，电子渡越时间 离散小。
• 结构紧凑，时间响应快
直线聚焦式 PMT
应用举例 2
An excitation laser scans atmospheric air to detect biological agents. Organic particles will fluoresce and the fluorescence is detected by a PMT.
2)使用时不宜用强光照。光照过强时，光电线性会变差而且容易使光电阴极疲 劳（轻度疲劳经一段时间可恢复，重度疲劳不能恢复），缩短寿命。
3)工作电流不宜过大。工作电流大时会烧毁阴极面，或使倍增级二次电子发射 系数下降，增益降低，光电线性变差，缩短寿命。
4)用来测量交变光时，负载电阻不宜很大，因为负载电阻和管子的等效电容一 起构成电路的时间常数，若负载电阻较大，时间常数就变大，频带将变窄。
• 阳极极灵敏度与整管所加电压有关，各倍增极和 阳极都加上适当电压，应注明整管所加电压。
二次电子发射过程
• 材料吸收一次电子的能量，激发体内电子到 高能态，这些被激电子称为内二次电子 ；
• 内二次电子中初速指向表面的那一部分向表 面运动，在运动过程中因散射而损失能量；
• 到达界面的内二次电子仍有足以克服表面势 垒的能量，即逸出表面成为二次电子。
• E 表面电子亲和势(材料参量), E 体内电子亲
a
ae
和势(随掺杂、表面能带弯曲等因素变化）。
负电子亲和势
• 1963年Simon首先提出负电子亲和势理论。 • 1965年J. J. Scheer 和Van Lear研制出GaAs-Cs负电