光电探测器响应时间的测试2
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光电探测器的测试方法及其性能评估研究第一章:引言光电探测器是一种通过将光信号转化为电信号来检测和测量光强度的装置。
它们在各种应用中被广泛使用,包括通信、医学成像、环境监测和科学研究等领域。
因此,对光电探测器的正确测试方法和性能评估至关重要。
本文将介绍光电探测器的测试方法和性能评估研究,旨在为光电探测器的应用提供支持和指导。
第二章:光电探测器的测试方法2.1 光谱响应测试光谱响应测试是一种测量光电探测器响应特性的方法。
通过使用单色光源并测量被探测器吸收的能量,可以确定光电探测器的光谱响应特性。
2.2 量子效率测试量子效率是指探测器对光子的转换效率。
量子效率测试是一种测量探测器改变光子到电子的转换过程的方法。
通过测量探测器吸收的光子数量来计算量子效率。
2.3 噪声测试噪声测试是测量探测器产生的噪声水平的方法。
噪声通常被归类为暗电流噪声、电荷放电噪声和电子放大器噪声。
通过测量探测器在光下和没有光下产生的信号,可以确定噪声水平。
第三章:光电探测器的性能评估3.1 灵敏度光电探测器的灵敏度是指探测器对光信号的灵敏度。
必要时到达这个指标,测试时可以使用一个标准光源,来测量探测器对标准光源强度所发出的电信号的响应。
3.2 线性度光电探测器线性度是指其表现出的输出与光信号的输入之间的线性关系。
以光功率与输出电流作为基本线性特征进行测试,如果输出信号的与输入光信号呈线性关系,则其线性度达到标准。
3.3 噪声等效功率噪声等效功率(NEP)是探测器检测最小光信息的敏感度度量。
测量NEP需要检测探测器产生的噪声等效电流,因此,这个参数可以通过噪声测试期间检查来测量。
3.4 暗电流暗电流是指光电探测器在没有光照时产生的电流。
它的级别应该尽可能低,这样才能提高探测器的信噪比和灵敏度。
通过测试以摄尔单位或为标准,可以测量探测器的暗电流。
第四章:结论本文介绍了光电探测器的测试方法和性能评估研究。
透过对光电探测器的测试方法了解,制造商和使用者可以更好地了解其性能特征。
实验一 光电探测器特性测试实验一、实验目的1、学习光电探测器响应度及量子效率的概念2、掌握光电探测器响应度的测试方法3、了解光电探测器响应度对光纤通信系统的影响二、实验内容1、测试1310nm 检测器I-P 特性2、根据I-P 特性曲线,得出检测器的响应度并计算其量子效率三、实验仪器1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱 1台2、光功率计 1台3、FC-FC 单模光跳线 1根4、万用表 1台5、连接导线1根四、实验原理在光纤通信工程中,光检测器(photodetector ),又称光电探测器或光检波器。
按其作用原理可分为热器件和光子器件两大类。
前者是吸收光子使器件升温,从而探知入射光能的大小,后者则将入射光转化为电流或电压,是以光子-电子的能量转换形式完成光的检测目的。
最简单的光检测器就是p-n 结,但它存在许多缺点,光纤通信系统中,较多采用p-i-n 光电二极管(简称PIN 管)及雪崩光电二极管(APD 管),都是实现光电转换的半导体器件。
在给定波长的光照射下,光检测器的输出平均电流与入射的光功率平均值之比称响应率或响应度。
简言之,即输入单位的光功率产生的平均输出电流,R 的单位为A/W 或uA/uW 。
其表达式为:P I R p = (1-1)响应率是器件外部电路中呈现的宏观灵敏特性,而量子效率是内部呈现的微观灵敏特性。
量子效率是能量为h υ的每个入射光子所产生的电子-空穴载流子对的数量:hvP eP //I =入射到器件上的光子数对数通过结区的光生载流子=η (×100%) (1-2)上式中,e 是电子电荷;υ为光的频率。
通过测试I P 与P 的关系,即可计算获得检测器的量子效率,其中光电检测器的量子效率与响应度的关系为:24.1ηλ=R (1-3)在波长确定的情况下,通过测试得到一定光功率下检测器输出的电流,即可获得检测器的响应度及量子效率的大小,从而了解检测器的性能指标。
光电探测器的灵敏度与响应时间研究与探索哎呀,说起光电探测器,这可真是个有趣又重要的东西!你想想,在我们生活的这个科技飞速发展的时代,从智能手机的摄像头到太空望远镜,从医疗设备到自动驾驶汽车,到处都有光电探测器的身影。
我记得有一次,我参加了一个科技展览。
在那里,我看到了一个展示光电探测器应用的展台。
展示人员拿着一个小小的光电探测器模块,给我们演示它是如何工作的。
他用一束很微弱的光线照射在探测器上,旁边的仪器立刻就显示出了光线的强度和相关的数据。
我当时就特别好奇,这么小的一个东西,怎么就能这么灵敏地检测到光线的变化呢?这就不得不提到光电探测器的灵敏度啦。
灵敏度可是衡量光电探测器性能的一个关键指标。
简单来说,就是它能多敏锐地察觉到光的存在和变化。
比如说,在夜晚拍摄星空的时候,如果光电探测器的灵敏度不够高,那可能就捕捉不到那些微弱的星光,我们看到的星空照片就会是一片漆黑,啥也看不清。
但要是灵敏度高呢,就能把那些暗淡的星星都清晰地呈现出来,给我们带来美轮美奂的星空图。
那光电探测器的灵敏度到底是怎么实现的呢?这就得从它的工作原理说起。
光电探测器就像是一个超级敏感的“小眼睛”,当光线照射到它上面时,会引发一系列的物理和化学变化。
就好比是一场微小的“光的派对”,光子们和探测器内部的材料相互作用,产生了电流或者电压的变化。
而这个变化的大小,就决定了探测器的灵敏度高低。
为了提高光电探测器的灵敏度,科学家们可是绞尽了脑汁。
他们不断地研究和改进探测器的材料,寻找那些对光更加敏感的物质。
就像在一堆水果中,挑选出最甜、最饱满的那一个一样。
比如说,有些材料能够吸收更多的光子,转化效率更高;有些材料则能够在更低的光强度下就产生明显的响应。
除了材料,探测器的结构设计也很重要。
想象一下,一个精心设计的房子,每个房间的布局都恰到好处,通风采光都极佳。
光电探测器也是这样,合理的结构能够让光线更好地被接收和处理,从而提高灵敏度。
比如说,增加探测器的接收面积,就像给“小眼睛”戴上了一副大眼镜,能看到更多的光;或者优化内部的电路设计,让信号传输更加顺畅,减少损耗。
常用光纤器件特性测试实验实验四光电探测器特性测试实验一、实验目的1、学习光电探测器响应度及量子效率的概念2、掌握光电探测器响应度的测试方法3、了解光电探测器响应度对光纤通信系统的影响二、实验内容1、测试1310nm 检测器I-P 特性2、根据I-P 特性曲线,得出检测器的响应度并计算其量子效率三、预备知识1、了解探测器的工作原理四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台2、光功率计 1台3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1根4、万用表1台5、连接导线20根五、实验原理在光纤通信工程中,光检测器(photodetector ),又称光电探测器或光检波器。
按其作用原理可分为热器件和光子器件两大类。
前者是吸收光子使器件升温,从而探知入射光能的大小,后者则将入射光转化为电流或电压,是以光子-电子的能量转换形式完成光的检测目的。
最简单的光检测器就是p-n 结,但它存在许多缺点,光纤通信系统中,较多采用p-i-n 光电二极管(简称PIN 管)及雪崩光电二极管(APD 管),都是实现光电转换的半导体器件。
在给定波长的光照射下,光检测器的输出平均电流与入射的光功率平均值之比称响应率或响应度。
简言之,即输入单位的光功率产生的平均输出电流,R 的单位为A/W 或uA/uW 。
其表达式为:P I R p =(4-1)响应率是器件外部电路中呈现的宏观灵敏特性,而量子效率是内部呈现的微观灵敏特性。
量子效率是能量为h υ的每个入射光子所产生的电子-空穴载流子对的数量:hvP eP //I =入射到器件上的光子数对数通过结区的光生载流子=η(×100%)(4-2)上式中,e 是电子电荷;υ为光的频率。
通过测试I P 与P 的关系,即可计算获得检测器的量子效率,其中光电检测器的量子效率与响应度的关系为:24.1ηλ=R (4-3)在波长确定的情况下,通过测试得到一定光功率下检测器输出的电流,即可获得检测器的响应度及量子效率的大小,从而了解检测器的性能指标。
光电探测器光谱响应度的测量光谱响应度是光电探测器的基本性能之一,它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。
通常热探测器的光谱响应比较平坦,而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。
一般情况下,以波长为横坐标,以探测器接受到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标,绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。
典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1-1所示。
一、实验目的(1)加深对光谱响应概念的理解; (2)掌握光谱响应的测试方法;(3)熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。
二、实验内容(1)用热释电探测器测量钨丝灯的光谱辐射特性曲线; (2)用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。
三、基本原理光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。
电压光谱响应度()λV ℜ定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下,光电探测器输出的信号电压,用公式表示,则为()()()λλλP V V =ℜ (1-1)而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下,其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度,用下式表示()()()λλλP I i =ℜ (1-2) 式中, P (λ)为波长为λ时的入射光功率;V (λ)为光电探测器在入射光功率P (λ)作用下的输出信号电压;I (λ)则为输出用电流表示的输出信号电流。
为简写起见,()λV ℜ和()λi ℜ均可以用()λℜ表示。
但在具体计算时应区分()λV ℜ和()λi ℜ,显然,二者具有不同的单位。
通常,测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射,然后测量在各种波长辐射照射下光电探测器输出的电信号V (λ)。
然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数,因此在相对测量中要确定单色辐射功率P (λ)需要利用参考探测器(基准探测器)。
即使用一个光谱响应度为()λfℜ的探测器为基准,用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。
第1篇一、实验目的1. 了解光电装置的基本原理和结构。
2. 掌握光电装置的测试方法及实验步骤。
3. 分析光电装置的测试结果,评估其性能。
4. 探讨光电装置在实际应用中的优缺点。
二、实验原理光电装置是利用光电效应将光能转换为电能的装置。
其主要原理是:当光照射到半导体材料上时,电子被激发并产生电流,从而实现光电转换。
三、实验器材1. 光源:可见光LED灯、红外LED灯、激光器等。
2. 光电探测器:光敏电阻、光电二极管、光电三极管等。
3. 测试电路:电流表、电压表、信号发生器等。
4. 测试软件:示波器、数据采集卡等。
5. 实验平台:实验桌、支架等。
四、实验步骤1. 搭建测试电路:根据实验要求,将光源、光电探测器、测试电路和测试软件连接起来。
2. 测试光源特性:a. 调整光源的输出功率,观察光电探测器输出电流的变化,记录数据。
b. 改变光源的波长,观察光电探测器输出电流的变化,记录数据。
3. 测试光电探测器特性:a. 调整光电探测器的偏置电压,观察输出电流的变化,记录数据。
b. 改变光电探测器的负载电阻,观察输出电压的变化,记录数据。
4. 测试光电转换效率:a. 测量光源的输出功率和光电探测器的输出电流,计算光电转换效率。
b. 改变光源的输出功率,重复上述步骤,记录数据。
5. 分析测试结果:a. 分析光源和光电探测器的特性曲线,评估其性能。
b. 计算光电转换效率,评估光电装置的转换效率。
五、实验结果与分析1. 光源特性:通过调整光源的输出功率和波长,观察光电探测器输出电流的变化,可以评估光源的稳定性和线性度。
2. 光电探测器特性:通过调整光电探测器的偏置电压和负载电阻,可以评估光电探测器的灵敏度、响应速度和线性度。
3. 光电转换效率:通过计算光电转换效率,可以评估光电装置的整体性能。
六、实验结论1. 光电装置可以将光能转换为电能,具有高效、环保等优点。
2. 光源和光电探测器的性能对光电装置的转换效率有很大影响。
光电探测器特性测量实验实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司所有不得翻印光电探测器特性测量实验一、 引言光电探测器可将一定的光辐射转换为电信号,然后经过信号处理,去实现某种目的,它是光电系统的核心组成部分,其性能直接影响着光电系统的性能。
因此,无论是设计还是使用光电系统,深入了解光电探测器的性能参数都是很重要的。
通常,光电探测器的光电转换特性用响应度表示。
响应特性用来表征光电探测器在确定入射光照下输出信号和入射光辐射之间的关系。
主要的响应特征包括:响应度、光谱响应、时间响应特性等性能参数。
本实验内容主要是光电探测器性能参数测量和光电探测器的一般使用方法,并专门列举了几种常用的光电探测器的使用方法。
第一部分 光电探测器光谱响应度的测量光谱响应度是光电探测器的基本性能参数之一,它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。
通常热探测器的光谱响应较平坦,而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。
一般情况下,以波长为横坐标,以探测器接收到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标,绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。
典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1-1所示。
一.基本原理光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。
电压光谱响应度()λRv 定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下,光电探测器输出的信号电压,用公式表示,则为()()()λλλP V Rv = (1-1) 而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下,其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度,用下式表示()()()λλλP I R i = (1-2) 式中,()λP 为波长λ时的入射光功率;()λV 为光电探测器在入射光功率()λP 作用下的输出信号电压;()λI 则为输出用电流表示的输出信号电流。
这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器,测得入射光功率为()λP 时的输出电压为()λf V 。
若用f R 表示热释电探测器的响应度,则显然有()()f f f K R V P λλ=(1-3)这里f K 为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘积,即总的放大倍数。
光电探测器光谱响应度的测量光谱响应度是光电探测器的基本性能之一,它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。
通常热探测器的光谱响应比较平坦,而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。
一般情况下,以波长为横坐标,以探测器接受到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标,绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。
典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1-1所示。
一、实验目的(1)加深对光谱响应概念的理解;(2)掌握光谱响应的测试方法;(3)熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。
二、实验内容(1)用热释电探测器测量钨丝灯的光谱辐射特性曲线;(2)用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。
三、基本原理光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。
电压光谱响应度定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下,光电探测器输出的信号电压,用公式表示,则为(1-1)而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下,其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度,用下式表示(1-2)式中,P(λ为波长为λ时的入射光功率;V(λ为光电探测器在入射光功率P(λ作用下的输出信号电压;I(λ则为输出用电流表示的输出信号电流。
为简写起见,和均可以用表示。
但在具体计算时应区分和,显然,二者具有不同的单位。
通常,测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射,然后测量在各种波长辐射照射下光电探测器输出的电信号V(λ。
然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数,因此在相对测量中要确定单色辐射功率P(λ需要利用参考探测器(基准探测器)。
即使用一个光谱响应度为的探测器为基准,用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。
由参考探测器的电信号输出(例如为电压信号)可得单色辐射功率,再通过(1-1)式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。
本实验采用图1-2所示的实验装置。
用单色仪对钨丝灯辐射进行分光,得到单色光功率P(λ。
DOI:10.13878/j.cnki.jnuist.2020.03.008周雪1㊀周娣2㊀张会焱3基于二极管激光器的光电探测系统响应时间的测量摘要光电探测系统在光度测量及光谱检测领域应用广泛,是检测的核心部件.光电探测系统的响应时间反映了该系统能够探测的极限,对其进行准确的测量在实际应用中十分必要.本文展示了一种能够准确测量光电探测系统响应时间的方法,以常用的可调谐二极管激光器(波长为763nm)为光源,采用方波信号调谐光源输出,测量了系统的响应时间.结果显示,示波器内电阻对系统的响应时间存在影响,当电阻为50Ω时,探测系统的响应时间为4 5μs.降低电阻值,可以进一步缩短响应时间.关键词二极管激光器;光电探测;响应时间中图分类号TM923文献标志码A收稿日期2020⁃01⁃17资助项目重庆工商大学高层次人才科研启动项目(1956045)作者简介周雪,女,博士,讲师,研究方向为气体光谱检测技术.zhouxuehit@163.com1重庆工商大学计算机科学与信息工程学院,重庆,4000672黑龙江省伊春林业学校,伊春,1530003重庆工商大学国家智能制造服务国际科技合作基地,重庆,4000670 引言㊀㊀光电探测系统通常包含光源㊁控制器㊁光电探测器及示波器等组成部分.在检测系统中,光电探测器可以将接收到的光信号转换为电流信号,而后经过示波器内部的RC电路或外接电路将电流信号转换为电压信号进行显示和记录.光电探测系统在光度测量及光谱检测等许多领域有着广泛应用[1⁃4].随着二极管激光器的迅速发展,以二极管激光器为光源的光电探测系统已广泛应用在各探测领域.然而探测系统中的二极管激光器㊁光电探测器㊁电路等都存在响应时间,因此,光电探测系统对瞬态的控制信号不是即时响应,而是存在一定延迟的,这一延迟的时间通常被称为光电探测系统的响应时间.在连续性测量中,通常响应时间远小于测试时间,可以忽略不计.然而,当采用光电探测系统测量瞬态过程时,则需考虑响应时间的影响,如果待测瞬态过程的时间小于探测系统的响应时间,会导致瞬态过程难以被观测.因此,在瞬态测量中,通常首先估计瞬态过程的时间,与光电探测系统的响应时间进行对比,进而选择能够满足测量要求的探测系统.近年来,随着超快光学㊁动态显示等科技的发展,对光电探测系统的响应时间的要求也越来越高,这也对系统响应时间的测量精度提出了较高的要求[5⁃8].因此,对光电探测系统的响应时间进行准确的测量十分重要.测量光电探测系统响应时间的基本方法为脉冲响应法,通常以方波信号调制光源.光源输出的光信号会滞后于方波信号,对于信号的下降沿,光强衰减呈e指数形式[9].因此,可以通过对测量的响应曲线进行e指数拟合获得光电探测系统的响应时间.值得注意的是,由于光电探测系统中的光电探测器对不同波长的光的响应不同,因此,对于同一探测系统,在光源波长不同时,系统的响应时间不同,所以,需要对所需的波长分别进行测量.本文采用脉冲响应法,对以波长763nm的二极管激光器为光源的光电探测系统的响应时间进行了测量,结果显示,示波器内部RC电路的电阻对系统的响应时间存在较大影响,电阻越小,响应越迅速.当电阻值为1MΩ时,探测系统的响应时间为130μs,而当电阻值为50Ω时,响应时间为4 5μs.进一步降低电阻值,则系统的响应更迅速.然而由于电阻过小,导致电流信号转化的电压信号也会随之减小,信号的信噪比会下降.因此在测量过程中应对响应时间的信号强度进㊀㊀㊀㊀行综合考量,选择合适的电阻值.1㊀实验原理脉冲响应法测量光电探测系统的响应时间,通常是采用方波信号对激光输出的光信号进行调节.由于系统的响应存在延迟,因此,探测到的信号并不是完美的方波信号,而是在方波上下沿的瞬变时有一定的滞后,利用这一特点,即可对系统的响应时间进行测量.光电系统检测到的方波的上升沿和下降沿的变化满足e指数规律,通常习惯以下降沿进行研究,其光强的衰减规律为I(λ)=I0(λ)exp(-t/τ),(1)其中,I(λ)为t时刻光源输出的光强,I0(λ)为零时刻(未衰减时)的输出光强,τ为系统的响应时间.因此,通过对检测到的信号进行e指数拟合即可获得系统的准确的响应时间.2㊀测量装置探测系统的响应时间测量装置如图1所示,二极管激光器的温度和电流由激光控制器进行控制,其中,在电流控制器上加入方波对电流进行调节,使得激光器输出的光强按照方波的形式随时间变化.由激光器输出的激光被光电探测器接收,光信号被转换为电信号,而后由示波器进行显示和记录.实验装置的型号与条件如下:激光器采用垂直腔面发射单模二极管激光器(LaserComponents,SingleModeVCSEL763nmTO46),其额定输出功率为0 3mW,发射激光的中心波长为763nm,随着输入电流与温度的变化,其输出波长可在中心波长附近小范围调谐.温度控制器型号为ThorlabsTED200C,TemperatureController,本实验中激光器温度控制在22 4ħ.电流控制器型号为ThorlabsLDC200,VCSELLaserDiodeController,本实验中将激光器注入电流设置为1 27mA.此外,在电流控制器上采用信号发生器加入一偏置的方波信号,信号电压全部为正值,信号幅度为500mV,设置了不同的频率值进行测试.光电探测器为Thorlabs公司生产的D210型探测器,示波器为Tektronix生产的DPO5054型示波器.3㊀测试结果与分析在测量光电探测系统的响应时间时,控制激光器的方波信号的频率是十分重要的.若系统的响应图1㊀光电探测系统响应时间的测量实验装置示意图Fig 1㊀Experimentalsetupforresponsetimemeasurementofphotoelectricdetectionsystem十分迅速,而方波信号的设置频率较大,则探测到的方波信号比较完美,观察不到探测系统的延迟现象,无法测量响应时间;若系统的响应时间较长,而设置的方波信号频率过快,则探测到的信号无法到达平衡位置,响应时间同样无法测量.因此,选择合适的防波频率十分重要.此外,光电探测器将光信号转换为电流信号,再经过电阻后变为电压信号进行测量.因此,示波器内部的RC电路的电阻值会对测量的系统响应时间产生直接影响,电阻值越大,信号越大,但系统的响应时间也越长,反之,电阻越小,系统响应更迅速,但探测到的信号值较小,信噪比差.在具体的实验中,应根据实际需要合理取舍,选择合适的探测条件.本文分别测试了较大和较小的两个电阻值下系统的响应时间,比较电阻对系统响应时间的影响,展示了系统响应时间测量的方法.3 1㊀示波器内RC电路电阻值为1MΩ时系统的响应时间㊀㊀首先,测量了示波器内RC电路电阻值较大时系统的响应时间,电阻值设置为1MΩ.图2给出了不同的方波频率下探测系统的响应曲线.可以看出,当方波的频率为1kHz时,上升沿和下降沿均未到达平衡位置,说明系统的响应时间较长,该频率过大.当方波的频率为200Hz时,能清楚地看到方波信号在上升沿和下降沿的延迟现象,且整个周期内,达到平衡位置的时间约为响应滞后时间的4 5倍,为最佳的拟合频率,因此,我们采用频率为200Hz时的响应曲线进行拟合.如图3所示,对下降沿进行e指数拟合,拟合公式如图中所示,拟合结果表明,当示波器内RC电路电阻值为1MΩ时,系统的响应时间为130μs.图3中右上角插图给出的是下降沿曲线纵坐标取ln的213周雪,等.基于二极管激光器的光电探测系统响应时间的测量.ZHOUXue,etal.Responsetimemeasurementofphotoelectricdetectionsystembasedondiodelaser.图2㊀示波器电阻为1MΩ时不同方波频率下探测系统的响应曲线Fig 2㊀Responsecurvesofthephotoelectricdetectionsystemunderdifferentfrequencywith1MΩoscilloscoperesistance图3㊀示波器电阻为1MΩ时系统响应曲线下降沿的拟合结果Fig 3㊀Fittingresultforfallingedgeoftheresponsecurvewith1MΩoscilloscoperesistance结果,由于下降沿按e指数衰减,其纵坐标取ln后曲线应为线性变化规律.由图3可见,插图中数据的前段较好地符合线性规律,说明其为e指数形式,而后段由于信号强度逐渐减小,信噪比逐渐增大,导致插图中后端数据呈发散状.通过对线性区间进行拟合,可得其斜率及时间常数τ,结果与e指数拟合结果相符.3 2㊀示波器内RC电路电阻值为50Ω时系统的响应时间㊀㊀同样,测量了示波器内RC电路电阻为50Ω时不同频率下探测系统的响应曲线,如图4所示.可以看出,相比于电阻较大时的情况,电阻减小图4㊀示波器电阻为50Ω时不同方波频率下探测系统的响应曲线Fig 4㊀Responsecurvesofthephotoelectricdetectionsystemunderdifferentfrequencywith50Ωoscilloscoperesistance后,探测系统的响应时间明显减小,然而,信号的信噪比也明显下降,图4中不同频率的响应曲线测量结果都出现了不同程度的毛刺现象,尤其是信号的瞬态变化位置.在实际测量时,信噪比过差会对结果产生不利影响,因此,通常要重点考虑信噪比.这里,重点观察电阻对系统响应时间的影响,因此,不考虑信噪比的问题.此外,对于探测系统的响应曲线来说,光电的转换效率主要由光电探测器决定,光的接收率与环境㊁接收角㊁探测器窗口等多种因素有关,因此,响应曲线的纵坐标只是相对强度,改变探测器的接收位置㊁角度均会对曲线强度产生影响.由图4可知,10kHz的方波频率下系统的响应曲线是最佳拟合曲线,我们对该曲线进行拟合,拟合结果如图5所示.从拟合结果可以看出,当示波器内部RC电路的电阻为50Ω时,探测系统的响应时间约为4 5μs,相较于电阻值为1MΩ时的测量结果,探测系统的响应时间大大缩短了.由此可见,降低电路电阻值,可以直接缩短系统的响应时间.然而这一结果是以牺牲信噪比为代价的,而实际测量中,信噪比对结果的影响也至关重要,因此,需要综合考虑.4㊀结束语本文针对光电探测系统的响应时间问题,展示了采用脉冲响应法准确测量探测系统响应时间的方法.在测量过程中,比较了示波器内RC电路电阻对探测系统响应时间的影响,分别对不同的电阻下的系统响应时间进行了测量.测量结果表明,降低电阻值可以明显缩短系统的响应时间,然而信号的信噪313学报(自然科学版),2020,12(3):311⁃315JournalofNanjingUniversityofInformationScienceandTechnology(NaturalScienceEdition),2020,12(3):311⁃315图5㊀示波器电阻为50Ω时系统响应曲线下降沿的拟合结果Fig 5㊀Fittingresultforfallingedgeoftheresponsecurvewith50Ωoscilloscoperesistance比会受到影响.因此,在实际测量中,需要综合考虑响应时间与信噪比的影响,选取合适的测量条件.参考文献References[1]㊀裴世鑫,崔芬萍,宋标,等.基于腔增强吸收光谱技术的气体探测研究[J].南京信息工程大学学报(自然科学版),2009,1(3):193⁃198PEIShixin,CUIFenping,SONGBiao,etal.Thestudyofgasdetectionbasedonthecavityenhancedabsorptionspectroscopytechnology[J].JournalofNanjingUniversityofInformationScience&Technology(NaturalScienceEdition),2009,1(3):193⁃198[2]㊀武魁军,何微微,于光保,等.分子滤光红外成像技术及其在光电探测中的应用[J].红外与激光工程,2019,48(4):22⁃30WUKuijun,HEWeiwei,YUGuangbao,etal.Molecularfilterinfraredimagingtechnologyanditsapplicationinphotoelectricdetection[J].InfraredandLaserEngineering,2019,48(4):22⁃30[3]㊀孙德贝,李志刚,李福田.用于太阳光谱仪的光电探测系统线性度测试装置[J].中国光学,2019,12(2):294⁃301SUNDebei,LIZhigang,LIFutian.Linearitytestingdeviceforthephotoelectricdetectingsystemofsolarspectrometers[J].ChineseOptics,2019,12(2):294⁃301[4]㊀郑晟,王中晔,徐磊.光电探测信息在防空导弹武器系统中的应用研究[J].航天控制,2019,37(2):15⁃18ZHENGSheng,WANGZhongye,XULei.Researchontheapplicationofphotoelectricdetectioninformationinairdefensemissileweaponsystem[J].AerospaceControl,2019,37(2):15⁃18[5]㊀罗琦,王伟,陆振宇,等.多旋翼无人机群自主探测大气边界层气象要素的模式分析[J].南京信息工程大学学报(自然科学版),2014,6(2):121⁃128LUOQi,WANGWei,LUZhenyu,etal.Analysisonthedetectionmodeofautonomouslydetectingthemeteoro⁃logicalelementsofatmosphericboundarylayerbymulti⁃rotorUAVs[J].JournalofNanjingUniversityofInforma⁃tionScience&Technology(NaturalScienceEdition),2014,6(2):121⁃128[6]㊀韩强盛,张保洲,卢利根,等.快速光电探测系统响应时间精密测量装置[J].照明工程学报,2015,26(2):1⁃5HANQiangsheng,ZHANGBaozhou,LULigen,etal.Theprecisionmeasuringdeviceofresponsetimeofhigh⁃speedphotoelectricdetectionsystem[J].ChinaIlluminatingEngineeringJournal,2015,26(2):1⁃5[7]㊀温宏愿,刘小军,张朋.光电信息探测方法的改进研究[J].激光杂志,2018,39(12):23⁃27.WENHongyuan,LIUXiaojun,ZHANGPeng.Researchonimprovementofphotoelectricinformationdetectionmethod[J].LaserJournal,2018,39(12):23⁃27[8]㊀时成文,隋强强,石碧艳.一种新型光电设备响应时间与探测概率自动测试系统[J].光电技术应用,2008,23(1):38⁃41SHIChengwen,SUIQiangqiang,SHIBiyan.Anewauto⁃matictestsystemofreactiontimeanddetectionprobabilityforelectro⁃opticequipments[J].Electro⁃OpticTechnologyApplication,2008,23(1):38⁃41[9]㊀邓杨,赵跃进.光电探测器响应时间的测试[J].科技创新导报,2013,10(2):1DENGYang,ZHAOYuejin.Measurementofresponsetimeforthephotoelectricdetector[J].ScienceandTech⁃nologyInnovationHerald,2013,10(2):1ResponsetimemeasurementofphotoelectricdetectionsystembasedondiodelaserZHOUXue1㊀ZHOUDi2㊀ZHANGHuiyan31SchoolofComputerScienceandInformationEngineering,ChongqingTechnologyandBusinessUniversity,Chongqing㊀4000672HeilongjiangYichunForestrySchool,Yichun㊀1530003NationalResearchBaseofIntelligentManufacturingService,ChongqingTechnologyandBusinessUniversity,Chongqing㊀400067Abstract㊀Photoelectricdetectionsystemisthecorecomponentofadetector,andiswidelyusedinphoto⁃metricmeasurementandspectroscopymonitoring.Responsetimeofaphotoelectricdetectionsystemreflectsthefastestre⁃413周雪,等.基于二极管激光器的光电探测系统响应时间的测量.ZHOUXue,etal.Responsetimemeasurementofphotoelectricdetectionsystembasedondiodelaser.sponselimitofthesystemindetection.Thus,anaccuratemeasurementoftheresponsetimeisveryimportantforap⁃plication.Thisworkshowsamethodforaccurateresponsetimemeasurementofaphotoelectricdetectionsystem.Here,atunablediodelaserwithawavelengthof763nm,usuallyusedinspectroscopy,isusedasthelightsourceandistunedwithasquarewave.Theresponsetimeismeasured.Theresultsindicatesthattheresistanceoftheoscil⁃loscopecaninfluencetheresponsetimeofthesystem.Theresponsetimeofthephotoelectricdetectionsystemismeasuredas4 5μswhentheresistancevalueis50Ω.Theresponsetimecanbeshortenediftheresistancevaluereduces.Thisworkprovidesaresponsetimemeasurementmethodofaphotoelectricdetectionsystem,whichisabasisforthechoiceofdetectionsysteminapplication.Keywords㊀diodelaser;photoelectricdetection;responsetime513学报(自然科学版),2020,12(3):311⁃315JournalofNanjingUniversityofInformationScienceandTechnology(NaturalScienceEdition),2020,12(3):311⁃315。
光电探测器灵敏度与响应时间的理论与优化研究光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的设备。
它在许多领域中都有广泛的应用,如通信、医学、环境监测等。
光电探测器的性能主要包括灵敏度和响应时间两个方面。
本文将重点针对光电探测器灵敏度与响应时间进行理论研究和优化探讨。
首先,我们来了解一下光电探测器的灵敏度。
光电探测器的灵敏度是指它对光信号的响应能力。
灵敏度越高,意味着探测器能够更好地捕捉到微弱的光信号。
光电探测器的灵敏度与多个因素有关。
第一个因素是光电探测器的材料。
不同材料对不同波长的光信号具有不同的响应。
例如,硅材料对红外光信号的响应较弱,而钙钛矿材料对红外光信号的响应较强。
因此,在选择光电探测器材料时,需要根据应用需求和工作条件选择合适的材料,以提升灵敏度。
第二个因素是光电探测器的结构和工艺。
光电探测器的结构和工艺也会对其灵敏度产生影响。
例如,增加探测器的光接收面积可以提高灵敏度,而使用微米级别的纳米线结构可以增加光电转换效率,进而提高灵敏度。
此外,光电探测器的表面处理和涂层技术也可以改善光电转换效率,从而提高灵敏度。
第三个因素是光电探测器的电路设计和电子元器件选型。
合理的电路设计和电子元器件选型可以减小噪声干扰,提高信号传输效率,从而提升灵敏度。
例如,采用低噪声放大器和优质的信号线材料,提高电路的信噪比,可以有效地提高灵敏度。
除了灵敏度,光电探测器的响应时间也是一个重要的性能指标。
响应时间是指探测器对光信号从接收到输出电信号所需的时间。
响应时间越短,意味着探测器能够更快地响应光信号的变化。
影响光电探测器响应时间的因素有以下几个方面:第一个因素是光电转换效率。
光电转换效率是指探测器将光信号转换为电信号的效率。
当光电转换效率较高时,探测器可以更快地将光信号转换为电信号,从而提高响应时间。
第二个因素是探测器的结构和尺寸。
小尺寸的探测器结构可以减小电荷在器件内的运动距离,由此减小响应时间。
此外,合理的结构设计也可以减小电子复合和漂移的现象,从而提高响应速度。