第八章光电探测器共40页文档
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光电探测器的原理光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件,它在光通信、光电测量、光谱分析等领域有着广泛的应用。
光电探测器的原理主要基于光电效应和半导体材料的特性,下面将详细介绍光电探测器的原理。
首先,光电探测器的基本原理是光电效应。
光电效应是指当光线照射在金属或半导体表面时,光子能量被吸收,激发出电子从固体表面逸出的现象。
这些逸出的电子就构成了光电流,通过测量光电流的大小可以间接测量光的强度。
在光电探测器中,光电效应是将光信号转换为电信号的关键过程。
其次,光电探测器的原理还与半导体材料的特性密切相关。
常见的光电探测器主要有光电二极管(Photodiode)、光电导(Phototransistor)、光电二极管阵列(Photodiode Array)等。
这些光电探测器主要利用半导体材料的光电特性来实现光信号的转换。
当光线照射在半导体材料上时,会产生电子-空穴对,并在外加电场的作用下产生电流。
不同类型的光电探测器采用不同的半导体材料和工作原理,但它们都是利用半导体材料的光电特性来实现光信号的探测和转换。
除此之外,光电探测器的原理还涉及到光信号的增强和处理。
在实际应用中,光信号往往非常微弱,需要经过光电探测器的增强和处理才能得到有效的电信号。
因此,光电探测器通常会与放大器、滤波器、模数转换器等电路相结合,以实现对光信号的放大、滤波和数字化处理,最终得到精确的电信号输出。
总的来说,光电探测器的原理主要包括光电效应、半导体材料的光电特性以及光信号的增强和处理。
通过光电效应将光信号转换为电信号,利用半导体材料的特性实现光信号的探测和转换,再通过电路的增强和处理得到最终的电信号输出。
光电探测器在光通信、光电测量、光谱分析等领域有着广泛的应用,其原理的深入理解对于光电器件的设计和应用具有重要意义。
光电探测器原理光电探测器原理及应用光电探测器种类繁多,原则上讲,只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。
现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的,是变光信号为电信号的元件。
光电效应分两类,内光电效应和外光电效应。
他们的区别在于,内光电效应的入射光子并不直接将光电子从光电材料内部轰击出来,而只是将光电材料内部的光电子从低能态激发到高能态。
于是在低能态留下一个空位——空穴,而高能态产生一个自由移动的电子,如图二所示。
硅光电探测器是利用内光电效应的。
由入射光子所激发产生的电子空穴对,称为光生电子空穴对,光生电子空穴对虽然仍在材料内部,但它改变了半导体光电材料的导电性能,如果设法检测出这种性能的改变,就可以探测出光信号的变化。
无论外光电效应或是内光电效应,它们的产生并不取决于入射光强,而取决于入射光波的波长λ或频率ν,这是因为光子能量E只和ν有关:E=hν(1)式中h为普朗克常数,要产生光电效应,每个光子的能量必须足够大,光波波长越短,频率越高,每个光子所具有的能量hν也就越大。
光强只反映了光子数量的多少,并不反映每个光子的能量大小。
目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管,是由半导体材料制作的。
半导体光电探测器是很好的固体元件,主要有光导型,热电型和P—N结型。
但在许多应用中,特别是在近几年发展的光纤系统中,光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差;热电型探测器不能获得很高的灵敏度。
而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件,是该波长区理想的光接收器件。
一、耗尽层光电二极管在半导体中,电子并不处于单个的分裂能级中,而是处于能带中,一个能带有许多个能级。
如图三所示。
能带与能带间的能量间隙称为禁带,禁带中没有电子,电子从下往上填,被电子全部填满的能带称为满带,最高的满带称为价带,紧靠在价带上面的能带称为导带,导带只有部分被电子填充,或是全部空着。
光电探测器原理及应用光电探测器种类繁多,原则上讲,只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。
现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的,是变光信号为电信号的元件。
光电效应分两类,内光电效应和外光电效应。
他们的区别在于,内光电效应的入射光子并不直接将光电子从光电材料内部轰击出来,而只是将光电材料内部的光电子从低能态激发到高能态。
于是在低能态留下一个空位——空穴,而高能态产生一个自由移动的电子,如图二所示。
硅光电探测器是利用内光电效应的。
由入射光子所激发产生的电子空穴对,称为光生电子空穴对,光生电子空穴对虽然仍在材料内部,但它改变了半导体光电材料的导电性能,如果设法检测出这种性能的改变,就可以探测出光信号的变化。
无论外光电效应或是内光电效应,它们的产生并不取决于入射光强,而取决于入射光波的波长λ或频率ν,这是因为光子能量E只和ν有关:E=hν(1)式中h为普朗克常数,要产生光电效应,每个光子的能量必须足够大,光波波长越短,频率越高,每个光子所具有的能量hν也就越大。
光强只反映了光子数量的多少,并不反映每个光子的能量大小。
目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管,是由半导体材料制作的。
半导体光电探测器是很好的固体元件,主要有光导型,热电型和P—N结型。
但在许多应用中,特别是在近几年发展的光纤系统中,光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差;热电型探测器不能获得很高的灵敏度。
而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件,是该波长区理想的光接收器件。
一、耗尽层光电二极管在半导体中,电子并不处于单个的分裂能级中,而是处于能带中,一个能带有许多个能级。
如图三所示。
能带与能带间的能量间隙称为禁带,禁带中没有电子,电子从下往上填,被电子全部填满的能带称为满带,最高的满带称为价带,紧靠在价带上面的能带称为导带,导带只有部分被电子填充,或是全部空着.内光电效应发生在导带与价带之间。
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