第三章 光电检测技术常用器件及应用1[可修改版ppt]
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第3章 半导体光电检测器件及应用
光敏电阻的特点
1、优点： 灵敏度高，光电导增益大于1，工作电流
大，无极性之分 光谱响应范围宽，尤其对红外有较高的 灵敏度 所测光强范围宽，可测强光、弱光
2、不足： 强光下光电转换线性差 光电导弛豫时间长 受温度影响大 由伏安特性知，设计负载时，应考虑
额定功耗 进行动态设计时，应考虑光敏电阻的 频率特性
I P g U US g E
式中Sg为光电导灵敏度，E 为光敏电阻的照度。显然， 当照度很低时，曲线近似为 线性；随照度的增高，线性 关系变坏，当照度变得很高 时，曲线近似为抛物线形。
光敏电阻随光度量变化的光电特性，可用一个的指 数伽玛（γ）来描述，并定义γ为光电转换因子。
I光 SgE U
光电池的结构特点
光电池核心部分是一个PN结，一般作成面
积大的薄片状，来接收更多的入射光。
在N型硅片上扩散P型杂质（如硼），
在一定的光照下，光敏电阻的光电流与所加
的电压关系
光敏电阻是一个纯电阻，因此符合欧姆定律，
其伏安特性曲线为直线。
不同光照度对应不同直线
光敏电阻为纯电阻，符合欧姆定律，对多数 半导体，当 电场强度超过 104 伏 厘米 （强 光时），不遵守欧姆 定律。硫化镉例外，其 伏安特性在100多伏就不成线性了。 光照使光敏电阻发热，使得在额定功耗内工 作，其最高使用电压由其耗散功率所决定， 而功耗功率又和其面积大小、散热情况有关。
响应时间
光敏电阻的时间响应特性较差
材料受光照到稳定状态，光生载流子浓度的变
化规律：
p p 0 (1 exp( ))
t
p 0 为稳态光生载流子浓度
停止光照，光生载流子浓度的变化为：
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。
光电检测技术第三章光电检测器件-159页PPT精选文档
() 1，一个光量子对应一个电子或产生一个电
子-空穴对。
实际上，() 1
对于有增益的光电器件（如光电倍增管），则
()1，此时改用增益或放大倍数这个参数。
光电检测器件
2、线性度 描述探测器的光电特性或光照特性曲线输出信号与
输入信号保持线性关系的程度。 即在规定的范围内，探测器的输出电量精确地正比
波长
图2 Cs-Sb光电阴极光谱响应曲线
③多碱光电阴极
A、锑钾钠光电阴极：响应度可达50－100μA/lm，在 0.4 μm处量子效率达25％，能耐高温；
B、锑钾钠铯光电阴极：峰值响应度波长在0.42微米附 近，峰值响应度可达230μA/lm，量子效率高；响应 范围较宽。
④碲化铯（紫外）光电阴极：对太阳＆地表面辐射不 敏感，响应范围100－280nm；长波限在290～320微 米。
CCD
热电偶/热电堆 热辐射计/热敏电阻 热释电探测器
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：
探测率(比探测率)D*这—参数。
光敏
面积
D 1 NEP
测量
D* D Af 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
过的电流(加电源时)。一般测量其直流值或平均值。
光电检测器件
三、其他参数 1、量子效率 ( )
某一特定波长上每秒钟内产生的光电子数与入射光 量子数之比。
()
()
子-空穴对。
实际上，() 1
对于有增益的光电器件（如光电倍增管），则
()1，此时改用增益或放大倍数这个参数。
光电检测器件
2、线性度 描述探测器的光电特性或光照特性曲线输出信号与
输入信号保持线性关系的程度。 即在规定的范围内，探测器的输出电量精确地正比
波长
图2 Cs-Sb光电阴极光谱响应曲线
③多碱光电阴极
A、锑钾钠光电阴极：响应度可达50－100μA/lm，在 0.4 μm处量子效率达25％，能耐高温；
B、锑钾钠铯光电阴极：峰值响应度波长在0.42微米附 近，峰值响应度可达230μA/lm，量子效率高；响应 范围较宽。
④碲化铯（紫外）光电阴极：对太阳＆地表面辐射不 敏感，响应范围100－280nm；长波限在290～320微 米。
CCD
热电偶/热电堆 热辐射计/热敏电阻 热释电探测器
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：
探测率(比探测率)D*这—参数。
光敏
面积
D 1 NEP
测量
D* D Af 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
过的电流(加电源时)。一般测量其直流值或平均值。
光电检测器件
三、其他参数 1、量子效率 ( )
某一特定波长上每秒钟内产生的光电子数与入射光 量子数之比。
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()
光电检测技术课件(第三章)[可修改版ppt]
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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。
《光电传感与检测器》PPT课件
⑦ 滞后效应
光电传感与检测技术
第3章 半导体光电检测器件 及应用
精选ppt
1
第 3 章 半导体光电检测 器件及应用
主要内容：
3.1 真空光电器件
光电阴极、光电管、光电倍增管、
微通道板光电倍增管 3.2 光电导器件
光敏电阻 3.3 结型光电器件
光电池、光敏二极管、三极管、 光电耦合器件、光电位置敏感器件 电荷耦合器件 3.4 光热辐射检测器件
透射型阴极通常制作在透明介
质上，光通过透明介质后入射到
光电阴极上。
光电子则从光电阴极的另一
边发射出来，所以透射型阴极又
精选称pp为t 半透明光电阴极。
6
常用光电阴极材料：
① Ag-O-Cs具有良好的可见和近红外响应。
透射型光谱响应: 300nm到1200nm， 反射型光谱响应: 300m到1100nm。 Ag-O-Cs光电阴极主要应用于近红外探测。
射到真空中，成为二次电子。
精选ppt
17
（）倍增极材料 (大致可分以下四类)
(a) 银氧铯和锑铯两种化合物，灵敏的光电发射体和 良好的二次电子发射体。
(b) 氧化物型: 氧化镁、氧化钡等。 (c) 合金型: 银镁、铝镁、铜镁、镍镁、铜铍等合金。 (d)负电子亲合势材料: 铯激活的磷化镓等。
精选ppt
熔融石英（熔融二氧化硅）的优点是在远紫外区有相当好的 透过率，短波截止波长可达到160nm
透紫外玻璃 优点是紫外短波透射截止波长可延伸到185nm
硼硅玻璃 透射范围从300nm到红外
蓝宝石 是一种Al2O3晶体，它的特点是紫外透过率处于熔融 石英和透紫外玻璃之间，但紫外截止波长比石英玻 璃还要短，可以达到150nm。
光电传感与检测技术
第3章 半导体光电检测器件 及应用
精选ppt
1
第 3 章 半导体光电检测 器件及应用
主要内容：
3.1 真空光电器件
光电阴极、光电管、光电倍增管、
微通道板光电倍增管 3.2 光电导器件
光敏电阻 3.3 结型光电器件
光电池、光敏二极管、三极管、 光电耦合器件、光电位置敏感器件 电荷耦合器件 3.4 光热辐射检测器件
透射型阴极通常制作在透明介
质上，光通过透明介质后入射到
光电阴极上。
光电子则从光电阴极的另一
边发射出来，所以透射型阴极又
精选称pp为t 半透明光电阴极。
6
常用光电阴极材料：
① Ag-O-Cs具有良好的可见和近红外响应。
透射型光谱响应: 300nm到1200nm， 反射型光谱响应: 300m到1100nm。 Ag-O-Cs光电阴极主要应用于近红外探测。
射到真空中，成为二次电子。
精选ppt
17
（）倍增极材料 (大致可分以下四类)
(a) 银氧铯和锑铯两种化合物，灵敏的光电发射体和 良好的二次电子发射体。
(b) 氧化物型: 氧化镁、氧化钡等。 (c) 合金型: 银镁、铝镁、铜镁、镍镁、铜铍等合金。 (d)负电子亲合势材料: 铯激活的磷化镓等。
精选ppt
熔融石英（熔融二氧化硅）的优点是在远紫外区有相当好的 透过率，短波截止波长可达到160nm
透紫外玻璃 优点是紫外短波透射截止波长可延伸到185nm
硼硅玻璃 透射范围从300nm到红外
蓝宝石 是一种Al2O3晶体，它的特点是紫外透过率处于熔融 石英和透紫外玻璃之间，但紫外截止波长比石英玻 璃还要短，可以达到150nm。
光电检测器件及应用PPT
15
固态图像传感器
特点： v 高度集成，包括光电信号转换、信号存储和传输、处理。 v 以电荷转移为核心。 v 体积小、重量轻、功耗小、成本低。 v 广泛用于图像识别和传送。
分类： v 电荷耦合器件(CCD) v MOS型图像传感器(自扫描光电二极管阵列) v 电荷注入器件
16
固态图像传感器
电荷耦合器件（CCD） 将光信号变为电荷包，以电荷包的形式存贮和传递信息。 又称为“排列起来的MOS电容阵列” 。
3.2.4 光电耦合器件
将发光器件与光电器件组合成一体，以光作媒质把输入端 得到信号耦合到输出端的器件。
光电隔离器：电气隔离、消除噪声 分类
光电传感器：检测物体位置、有无
发光器件： 发光二极管、半导体激光器、微形钨丝灯
光电器件： 光电二极管、光电三极管 光敏电阻、光电池
1
3.2.4 光电耦合器件
光电隔离器的类型
+
E C
槽式光电传感器实物图
光电耦合器的电路符号
3
光电耦合器件的结构
金属密封型 塑料密封型
绝缘玻璃 发光二极管
发光二极管 塑料
光敏三极管 透明绝缘体
(a)金属密封型
采用金属外壳和玻璃绝缘的结 构，在其中部对接，采用环焊 以保证发光二极管和光敏二极 管对准，以此来提高灵敏度。
透明树脂 光敏三极管
(b)塑料密封型
现耗尽层； 半导体表面处于非平衡状态，表面有贮存电荷的能力。
将表面的这种状态称为电子势阱或表面势阱。
18
固态图像传感器
2、电子的堆积 光照MOS电容器时，产生电子空穴对，少子电子会被吸收
到势阱中； 光强越大，势阱中收集的电子数就越多； MOS电容器实现了光信号向电荷信号的转变。 若给光敏元阵列同时加上VG，整个图像的光信号同时变
固态图像传感器
特点： v 高度集成，包括光电信号转换、信号存储和传输、处理。 v 以电荷转移为核心。 v 体积小、重量轻、功耗小、成本低。 v 广泛用于图像识别和传送。
分类： v 电荷耦合器件(CCD) v MOS型图像传感器(自扫描光电二极管阵列) v 电荷注入器件
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固态图像传感器
电荷耦合器件（CCD） 将光信号变为电荷包，以电荷包的形式存贮和传递信息。 又称为“排列起来的MOS电容阵列” 。
3.2.4 光电耦合器件
将发光器件与光电器件组合成一体，以光作媒质把输入端 得到信号耦合到输出端的器件。
光电隔离器：电气隔离、消除噪声 分类
光电传感器：检测物体位置、有无
发光器件： 发光二极管、半导体激光器、微形钨丝灯
光电器件： 光电二极管、光电三极管 光敏电阻、光电池
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3.2.4 光电耦合器件
光电隔离器的类型
+
E C
槽式光电传感器实物图
光电耦合器的电路符号
3
光电耦合器件的结构
金属密封型 塑料密封型
绝缘玻璃 发光二极管
发光二极管 塑料
光敏三极管 透明绝缘体
(a)金属密封型
采用金属外壳和玻璃绝缘的结 构，在其中部对接，采用环焊 以保证发光二极管和光敏二极 管对准，以此来提高灵敏度。
透明树脂 光敏三极管
(b)塑料密封型
现耗尽层； 半导体表面处于非平衡状态，表面有贮存电荷的能力。
将表面的这种状态称为电子势阱或表面势阱。
18
固态图像传感器
2、电子的堆积 光照MOS电容器时，产生电子空穴对，少子电子会被吸收
到势阱中； 光强越大，势阱中收集的电子数就越多； MOS电容器实现了光信号向电荷信号的转变。 若给光敏元阵列同时加上VG，整个图像的光信号同时变
光电检测技术与应用 ppt课件
光电元件(CdS, CdSe, Se, PbS) 热电元件(PZT, LiTaO3, PbTiO3) 光电管，摄像管，光电倍增管
色敏传感器
固体图象传感器（SI，CCD/MOS/CPD型）
位置检测用元件（PSD）
光电池
ppt课件
返回14
光电检测系统
光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件 为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发 射、反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测， 即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。
ppt课件
11
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
Hale Waihona Puke 空调机ppt课件返回12
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
光电检测技术
ppt课件
1
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
ppt课件
2
目录
第一章 绪论
第二章 2.1 2.2 2.3 2.4
10
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： 被测信息：
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、…） ……
色敏传感器
固体图象传感器（SI，CCD/MOS/CPD型）
位置检测用元件（PSD）
光电池
ppt课件
返回14
光电检测系统
光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件 为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发 射、反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测， 即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。
ppt课件
11
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
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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
光电检测技术
ppt课件
1
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
ppt课件
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目录
第一章 绪论
第二章 2.1 2.2 2.3 2.4
10
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： 被测信息：
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、…） ……
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3、产生-复合噪声
光电池、光敏二极管、光敏三极管
2、光电检测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
一、响应特性
１．响应度（或称灵敏度）：是光电探测器 输出信号与输入光功率之间关系的度量。 描述的是光电探测器件的光电转换效率。
– 响应度是随入射光波长变化而变化的 – 响应度分电压响应率和电流响应率
第三章 光电检测技 术常用器件及应用1
光电检测器件的类型
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---------光电效应 – 热电检测器件-------光热效应
不同之处：对光信号的响应无波长选择性
光电检测器件
光子器件
热电器件
S ( f ) 为调制频率为f 时的响应率 S 0 为调制频率为零时的响应率
为时间常数（等于RC）
S0 0.707S0
fc
1
2
1
2RC
f
fc
S( f
) S0 [1(1)2]1/2
S0 2
0.707S0
上限截止频率
时间常数决定了光电探测器频率响应的带宽
二、噪声特性
在一定波长的光照下光电探测器输出的电信号并 不是平直的，而是在平均值上下随机地起伏，它 实质上就是物理量围绕其平均值的涨落现象。
光电效应的类型
1、光电子发射：物体受光照后向外发射
电子．
有光电子从表 面逸出
光电管、光电倍增管
2、光电导效应：半导体受光照后，内部
产生光生载流子，使半导体中载流子数显 著增加而电阻减少．
光敏电阻
3、光生伏特效应：光照在半导体PN结或
金属—半导体接触面上时，会在PN结或金 属—半导体接触的两侧产生光生电动势。
I i 1
T
i(t)dt
T0Βιβλιοθήκη 用均方噪声来表示噪声值大小
i(t)21 T[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，减小 和消除噪声是十分重要的问题。
电压响应率 光电探测器件输出电压与入射光功率之比
电流响应率
SV
Vo Pi
光电探测器件输出电流与入射光功率之比
SI
Io Pi
响应度是随入射光波长变化而变化的
２．光谱响应度：即单色灵敏度 探测器在波
长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与
入射的单色光功率之比．
SV
(
)
Vo () Pi ()
SI ()
光电效应的特点
1．每一种金属在产生光电效应是都存在 一极限频率（或称截止频率），即照射光 的频率不能低于某一临界值。相应的波长 被称做极限波长（或称红限波长）。当入 射光的频率低于极限频率时，无论多强的 光都无法使电子逸出。
2．光电效应中产生的光电子的速度与光 的频率有关，而与光强无关
3．光电效应的瞬时性。实验发现，只要光 的频率高于金属的极限频率，光的亮度无 论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，即 几乎在照到金属时立即产生光电流。响应 时间不超过十的负九次方秒（1ns）。
入射光
光电流
1 0.9 0.1
tr
t t
tf
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 )
S0
[1(2f)2]1/2
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 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
光电检测器件的特点
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。
Io () Pi ( )
３．积分响应度：检测器对各种波长光连续 辐射量的反应程度．
４．响应时间：响应时间τ是描述光电探测 器对入射光响应快慢的一个参数
– 上升时间：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：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。
2、散粒噪声
散粒噪声：入射到光探测器表面的光子是 随机的，光电子从光电阴极表面逸出是随 机的，PN结中通过结区的载流子数也是随 机的。
散粒噪声也是白噪声，与频率无关。
散粒噪声是光电探测器的固有特性，对大 多数光电探测器的研究表明：散粒噪声具 有支配地位。
例如光伏器件的PN结势垒是产生散粒噪声 的主要原因。
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
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.属于白噪声
4.入射光的强度只影响光电流的强弱，即只 影响在单位时间内由单位面积逸出的光电 子数目。在光颜色不变的情况下，入射光 越强，饱和电流越大，即一定颜色的光， 入射光越强，一定时间内发射的电子数目 越多。
光是由一份份光子组成，光 的传播是一份份光子的传播， 一个光子的能量为E=hr(h为 普朗克常数6.67*10^-34,r为光 的频率)，因此，只要一个光 子能量大于金属的逸出功 （电子脱离金属原子做的 功），电子就会从金属表面 1905年，爱因斯坦26 脱离；于是，只需光照射到 岁时提出光子假设， 金属表面就会产生光电子。 成功解释了光电效应， 因此获得1921年诺贝 尔物理奖
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
1 光电效应
光电效应：光电效应是物理学中一个重要而 神奇的现象，在光的照射下，某些物质内 部的电子会被光子激发出来而形成电流， 即光生电 。
以一定的速度 从表面逸出
光的波动说无法很好的解释光电效应