光电探测器光谱响应度和响应时间的测量(刘1)解读

光电探测器响应时间实验研究摘要近几十年来，光电探测器在光通信、国防探测、信号处理、传感系统和测量系统等高精尖科技领域得到广泛的应用，在信息为导向的时代，时间就是生命，提高速度的需求日益紧迫，提高光电探测器响应速度的努力几乎从诞生它的一刻起就没停止过。

本实验主要研究光敏电阻和光电二极管的响应时间。

理论分析先从光敏电阻的光谱响应特性、照度伏安特性、频率响应、温度特性和前历效应来考察它的工作影响因素，确定光敏电阻响应时间与其入射光的照度、所加电压、负载电阻及照度变化前电阻所经历的时间的关系。

从光电二极管的模型分析，我们知道光电二极管的响应时间有三个方面决定：①光生载流子在耗尽层附近的扩散时间；②光生载流子在耗尽层内的漂移时间；③与负载电阻并联的结电容所决定的电路时间常数。

文中将详细分析计算对比三个时间的数量级，以确定提高响应速度的最有效途径，并提出改善光电二极管的有效方法和PIN模型。

实验研究时，采用近似脉冲的光源，经探测器的输出信号输入快速响应的CS-1022型示波器，在示波器上直接读出响应时间，分析实验结果，得出影响探测器响应时间的因素。

关键词：光电探测器，响应时间，半导体，影响因素AbstractIn recent decades, photoelectric detectors have been widely used in high-tech areas such as optical communications, national defense detection and signal processing, sensing system and measurement system .in the era which leaded by information, time is life. Improving speed increasingly is urgent needs of photoelectric detector. To improve the response speed, effort haven't been stopped from birth to its moment. This experiment mainly researchs photoconductive resistance and photoelectric diode response time. The theoretical analysis studys photoconductive resistance properties, intensity of illumination volt-ampere characteristics, frequency response and temperature characteristic and former calendar effect to examine its working influence factors, and find out the influencing factors between photoconductive resistance response time and incident light intensity of illumination, voltage, load resistance and the time experienced before intensity of illumination change. From the model analysis of the photoelectric diode, we know that the response time of the photoelectric diode has three aspects: (1) The diffusion time of photon-generated carrier near depletion layer.(2) The drift time of photon-generated carrier in depletion layer .(3) The constant of the circuit decided by junction capacitor which parallel with the load resistance . The detailed analysis and calculation of the order of magnitude of three time will be contrasted to determine the effective ways to improve photoelectric diode’s reaction speed,and the effective PIN model.In the experimental study, we use a pulse generator as light source, and the detector pulse output signal input quick response CS - 1022 type scillograph. So we can read direct response time in oscilloscope directly, then analyze the results, find out the factors which affect the probe response time.Key word:Photoelectric detector, response time, semiconductor, influencing factors目录1 绪论 (1)1.1光电探测器发展历程 (1)1.2近年高速探测器的发展成果 (2)1.3光电探测器的分类 (4)1.4光电探测器的物理基础 (6)2 典型光电探测器响应时间的研究 (10)2.1光电导探测器 (10)2.1.1光电转换原理 (10)2.1.2工作特性分析 (12)2.1.3时间响应特性及改善 (17)2.2 PN结光伏探测器 (17)2.2.1光电转换原理 (18)2.2.2 光伏探测器的工作模式 (19)2.2.3 Si光电二极管的构造与特性分析 (21)2.2.4 频率响应特性及改善探讨 (24)3光电探测器响应时间实验研究 (32)3.1实验原理 (32)3.1.1脉冲响应 (32)3.1.2幅频特性 (33)3.2实验仪器 (34)3.3实验步骤 (35)3.4实验结果与分析 (37)结论 (39)参考文献 (40)致谢 (41)1 绪论自年第一台红宝石激光器问世以来，古老的光学发生了革命性的变化与此同时，电子学也突飞猛进地向前发展。

光纤通信技术光探测器的响应速度和响应度程光探测器的响应度01光探测器的响应速度0203响应度与响应速度之间的制约关系当功率为的光入射到光探测器上时，探测器输出的光电流大小in P RP I =in P R 称为光电探测器的响应度(单位为A/W)R λ↑ → ↑ 1.24()()c g m E eV λλμ<=当/4()1.2p in q R I P hv m ηλμη==≈//p in I q hv R P hv q η===电子产生速率光子入射速率in P tr P 输入光功率1) 002)3)cW αηληηα↑=⇒ =⇒ ⇒ ↑⇒ ↑↑exp()tr inP W P α=-透射光功率-[1-exp (-)] abs in tr inP P P W P α==吸收光功率/1exp()abs in P P W ηα==--量子效率输入光信号Pin输出电信号V out(t)90%10%V 0T r (ln 9)()tr R r C T ττ=+上升时间3dB 带宽13[2()]dB tr RC f ττπ-∆=+(ln 9)()tr R r C T ττ=+上升时间3dB 带宽13[2()]dB tr RC f ττπ-∆=+W/tr d W V τ=渡越时间()R C L s pR R C τ=+RC 时间常数p I p C s R LR3tr dB R f W ητ↑→↑→∆→↑↑→↓13[2()]/t d t dr B RC r f V W πτττ-∆=+=()1.24/1exp()abs in R W m P P λμηαη≈==--3dBf ∆光探测器的响应度与带宽(或响应速度)之间相互制约响应度R 3dB 带宽有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）谢谢！。

光电探测器探测性能多参数分析光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的设备，广泛应用于光通信、光电子学、生物医学等领域。

光电探测器的探测性能对于其应用效果具有重要影响，因此准确分析和评估光电探测器的性能参数是必不可少的。

1. 灵敏度光电探测器的灵敏度是指能够探测到的最小光功率。

通常用单位面积功率密度来表示。

灵敏度越高，意味着该探测器在较弱的光信号条件下仍能正常工作。

灵敏度的高低取决于光电探测器的设计及其所采用的材料。

一种常见的评估指标是光电探测器的响应度。

2. 噪声等效功率噪声等效功率指的是在光电探测器工作状态下，由于设备本身所产生的噪声引入到输出信号中的功率。

噪声等效功率是光电探测器性能的重要参数之一，能够影响到信号与噪声的比值，从而影响信号的清晰度和精确度。

3. 响应时间响应时间是光电探测器从光信号到电信号的转换所需的时间。

这个时间对于对时间精度要求比较高的应用非常重要，如高速通信和光纤通信。

较快的响应时间有助于光电探测器更快地对光信号进行处理和传输。

4. 波长响应特性波长响应特性是指光电探测器对不同波长的光源的响应能力。

由于不同波长的光源具有不同的能量和频率特性，因此光电探测器在不同波长下的响应特性可能有所差异。

光电探测器的波长响应特性需要与具体应用需求匹配。

5. 饱和光功率饱和光功率是指使光电探测器输出信号达到最大值所需输入光功率。

饱和光功率与灵敏度相关，可以用来评估光电探测器的动态范围。

较高的饱和光功率可以使光电探测器在高强度光信号条件下工作稳定。

6. 线性范围光电探测器的线性范围指的是输入光功率的变化范围，使得其输出信号与输入信号之间呈现线性关系。

较宽的线性范围意味着光电探测器能够适应更大范围的输入光功率变化，从而提高测量的精确性和可靠性。

以上介绍的参数只是光电探测器性能分析中的一小部分，还有一些其他的性能指标也是需要考虑的，如扩散响应、非线性特性等。

在实际应用中，根据具体的需求选取相应的参数进行分析和评估是非常重要的。

光电探测器件的性能测试与分析光电探测器件是一类能够将光信号转换成电信号的器件。

它们在光通信、光电子学、光学成像等领域得到了广泛应用。

在使用光电探测器件前，需要进行性能测试以保证其满足要求。

本文将介绍光电探测器件的性能测试与分析。

1. 器件的基本性能测试器件的基本性能测试包括响应度、灵敏度、噪声等方面。

响应度是指器件对光信号的响应能力，一般用光功率分布曲线来描述。

灵敏度是指器件的电流输出与光功率之间的线性关系。

噪声是指器件本身所产生的噪声，包括暗电流噪声和光电转换噪声等。

这些性能指标直接影响着器件的应用效果。

对于响应度的测试，可以采用光功率分布曲线测量系统来实现。

该系统会将光源均匀照射在器件上，然后根据器件的反射情况来绘制出光功率分布曲线。

通过比较不同光源下的光功率分布曲线，可以得到器件的响应度。

对于灵敏度的测试，可以将光源放在不同位置上给器件照射不同强度的光，然后测量器件的电流输出。

通过绘制出电流输出随光功率的变化曲线，可以得到器件的灵敏度。

对于噪声的测试，可以使用特定的测试设备进行测量。

暗电流噪声可以通过在低光条件下对器件进行测量，记录下其输出的电流值。

光电转换噪声可以通过在高光条件下对器件进行测量，并记录下其输出的电流值。

通过这些实验数据，就可以得到器件的噪声指标。

2. 器件的特殊性能测试除了基本性能测试以外，还需要对器件的特殊性能进行测试，比如响应时间、波长选择性、线性度等指标。

这些指标也会对器件的应用产生一定的影响。

响应时间是指器件从接受到光信号到输出电流上升到峰值所需的时间。

方法可采用光脉冲幅度反转技术，通过观察器件输出的脉冲来测量其响应时间。

波长选择性是指器件对不同波长的光信号的响应能力。

方法可采用在不同波长下给器件照射光信号，并记录下其输出的电流值来进行测试。

通过比较不同波长下的输出电流值，就可以得到器件的波长选择性。

线性度是指器件输出电流与输入光功率之间的线性关系。

方法可采用在恒定光功率下改变器件背景信号来进行测量。

光电探测器特性测量实验报告实验1 光电探测器光谱响应特性实验实验目的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。

实验内容1. 用热释电探测器测量钨丝灯的光谱特性曲线；2. 用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。

实验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()v R λ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()()()v V R P λλλ=(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()()()i I R P λλλ=(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，()v R λ和()i R λ均可以用()R λ表示。

但在具体计算时应区分()v R λ和()i R λ，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的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()f R λ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）()f V λ可得单色辐射功率()=()()f P V R λλλ，再通过(1-1)式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。

本实验采用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，得到单色光功率()P λ ，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()P λ入射时的输出电压为()f V λ。

信息光学中的光电探测器的参数测试方法信息光学是一门研究光的传输、处理和存储等信息相关问题的学科，而光电探测器则是信息光学研究中的重要组成部分。

光电探测器广泛应用于通信、光学成像、遥感等领域，准确测试光电探测器的参数对于技术的发展和性能的提升至关重要。

本文将介绍几种常用的光电探测器参数测试方法。

第一部分：响应时间测试方法光电探测器的响应时间是指探测器从光照射到电信号输出的时间间隔。

测量响应时间的方法有多种，其中一种常用的方法是脉冲法。

该方法首先利用激光器发出一个脉冲光信号，然后通过光学元件将脉冲光信号引入光电探测器中。

在探测器中照射后，电信号输出到示波器，利用示波器显示的波形可以得到响应时间的大小。

第二部分：量子效率测试方法量子效率是指光电探测器将入射光子转化为电子的效率，通常用百分比表示。

量子效率的测试方法多种多样，其中一种常用的方法是相对法。

该方法以已知参数准确测得的光源作为标准样本，将待测的光电探测器与标准样本分别放置于相同的测试环境中，通过比较两者的输出信号强度，可以计算出量子效率。

第三部分：暗电流测试方法暗电流是指在没有光照射时，光电探测器产生的非热噪声电流。

为了准确测试暗电流，可以使用恒压源法。

该方法将恒压源与待测光电探测器相连，通过调节恒压源的电压，使得光电探测器在没有光照射时，输出电流为零。

此时测量的恒压源的输出电流就是待测光电探测器的暗电流。

第四部分：线性度测试方法线性度是指光电探测器在一定输入光功率范围内输出信号与输入信号之间的线性关系程度。

线性度的测试方法一般采用光谱辐射计法。

该方法通过使用稳定的白光源和光谱辐射计，测量光电探测器在不同光功率下的输出信号，并生成输出光功率与输入光功率之间的关系曲线，从而判断线性度的好坏。

第五部分：噪声测试方法光电探测器的噪声包括暗噪声和光电转换过程产生的其它噪声。

测试噪声的方法有多种，其中一种常用的方法是功率谱密度法。

该方法使用频谱分析仪，将光电探测器的输出电信号进行频谱分析，得到噪声功率谱密度，进而评估噪声水平。

光电探测器响应度公式
光电探测器的响应度（Responsivity）是衡量光电探测器探测效率的物理量之一，定义为光电流与入射光功率之比。

响应度公式通常表达为R=Iph/Pin，其中Iph为净光电流，Pin为光功率。

单位为A/W。

此外，响应度R也可以表示为光电转换器（又称光检测器）的平均输出电流Ip与光电转换器（又称光检测器）的平均输入功率Po的比值，即R=Ip/Po。

在PIN管中，光电流Ip和入射光功率Po、电子电荷e、普朗克常数h以及入射光频率f之间有关系，公式为Ip=(e Poη)/(h f)，其中η为量子效率。

因此，响应度R也可以写为R=η/(h f/e)。

大恒实验产品-3光电器件与检测系列实验3-1 GCS-GDTC 光电探测器特性测量实验光电探测器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。

本实验研究光电二极管、热释电探测器、光敏电阻三种常用探测器的频率响应与时间响应特性。

主要实验内容如下:(1) 深入理解光电探测器的响应度、光谱响应等概念(2) 光电二极管光谱响应测量实验(3) 了解热释电探测器和硅光电二极管的原理和使用方法。

(4) 了解光电探测器的响应度与信号光的调制频率的关系。

(5) 脉冲响应法测量光电二极管的响应时间。

(6) 幅频响应法测量光敏电阻的响应时间。

(7) 偏置电压与负载电阻对光电二极管响应时间的影响。

3-2 GCS-LD/LED-I/II LD/LED 参数测量综合实验实验通过从LD/LED的光学特性（发射光谱、发射角、发散角）、电学特性（P-I特性和V-I 特性）、热学特性（温度对阈值电流和输出照度的影响）和色度学特性（发光体的单色性及颜色分布）5大特性进行描述，并通过对其工作原理的讲解，让学生对LD/LED有一个清晰认识。

主要实验内容如下：1.发光二极管光谱特性的研2.发光二极管响应时间的测试3.发光二极管发光亮度与电流关系4.LED发光法向光强及其角分布5.LED/LD光谱分析和色坐标测试实验（GCS-LED/LD-II可完成）3-3 GCS- BZG 光电倍增管特性及微弱光信号探测实验光电倍增管是基于外光电效应和二次电子发射效应的电子真空器件。

它利用二次电子发射使逸出的光电子倍增，获得远高于光电管的灵敏度，可以测量微弱的光信号。

主要实验内容如下：1.熟悉光电倍增管的基本构成和工作原理，掌握光电倍增管参数的测量方法2.学习光电倍增管输出信号的检测和变换处理方法3.验证光电倍增管的光照灵敏度4.测量光电倍增管在无光照射情况下的暗电流5.作出光电倍增管工作的光电特性曲线6.作出光电倍增管工作的伏安特性曲线7.作出光电倍增管在不同直接负载和I/V变换下的关系曲线8.了解光电倍增管在脉冲光时，经过运算放大器输出的电压波形变化3-4 GCS- RTC 热探测器参数测量实验热探测器是基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的器件。

光电探测器的光谱响应特性哎呀，说起光电探测器的光谱响应特性，这可真是个有趣又有点复杂的话题。

先给您讲讲我曾经碰到的一件事儿吧。

有一次，我去一个科技馆参观，那里正好有一个关于光电探测器的展示。

我好奇地凑过去，看到一个小小的装置，旁边的工作人员在给大家讲解。

他说这个小小的光电探测器就像我们的眼睛，但是它能看到我们看不到的光的世界。

那什么是光电探测器的光谱响应特性呢？简单来说，就是光电探测器对不同波长的光的反应能力。

就好像我们每个人对不同的食物有不同的喜好一样，光电探测器对不同波长的光也有不同的“敏感度”。

有的光电探测器对可见光特别敏感，比如说我们日常用的数码相机里的光电探测器，它能很好地捕捉到我们看到的红、绿、蓝这些颜色的光，然后把它们变成漂亮的照片。

而有些光电探测器呢，专门对红外线或者紫外线有很强的响应，比如说在安防监控系统中，能通过检测人体发出的红外线来发现有没有异常情况。

您看，不同的光电探测器就像不同性格的人，有着自己独特的“偏好”。

光谱响应特性的曲线形状也是很有讲究的。

有的曲线很平缓，说明这个探测器对各种波长的光响应比较均匀；有的曲线则像陡峭的山峰，只对某个特定波长范围的光有强烈的响应。

这就好比我们去超市买东西，有的人大包小包什么都买，不挑不拣；而有的人就专门盯着某一类商品，比如只买巧克力或者只买水果。

影响光电探测器光谱响应特性的因素也有很多。

比如说材料，不同的材料就像是不同的土壤，会培育出不同特点的“花朵”。

像硅这种材料，在可见光和近红外区域表现不错；而像砷化镓这样的材料，在更长波长的红外区域更有优势。

还有探测器的结构和制造工艺，这就像是做菜的手法和火候。

精心设计和制作的探测器，就像是一道色香味俱全的佳肴，能发挥出最佳的性能。

在实际应用中，了解光电探测器的光谱响应特性可是非常重要的。

比如说在天文学中，科学家们要通过观测各种天体发出的不同波长的光来研究它们的性质。

如果探测器的光谱响应特性不符合要求，那可能就会错过一些重要的信息，就像我们在看电影的时候画面模糊不清，根本没法好好欣赏。

光电探测器的响应时间研究光电探测器在现代科技中的应用那可是越来越广泛啦，从通信领域到医疗成像，从安防监控到航空航天，到处都有它的身影。

咱今天就来好好聊聊光电探测器的响应时间这个重要的话题。

我记得有一次，我在实验室里捣鼓一个光电探测的小实验。

当时我满心期待地调整着各种参数，想要得出准确的响应时间数据。

那场景，就像是一位大厨在精心烹制一道神秘的菜肴，每一种调料的添加都得恰到好处。

光电探测器的响应时间，简单来说，就是它从接收到光信号到给出相应电信号所需要的时间。

这就好比你在路上看到一个红灯，从你意识到红灯亮了到你踩下刹车，这个过程所花费的时间。

响应时间越短，探测器的性能就越好，就像一个短跑运动员起跑反应越快，越有可能在比赛中胜出。

要搞清楚光电探测器的响应时间，咱们得先了解一下它的工作原理。

光电探测器的核心部分通常是一些特殊的材料，比如硅、锗、砷化镓等。

当光照射到这些材料上时，材料内部的电子会被激发，从而产生电流。

但是这个过程可不是瞬间完成的，就像你煮饺子，水烧开了饺子下锅，也得等一会儿才能煮熟不是？影响光电探测器响应时间的因素那可多了去了。

首先就是材料本身的性质。

不同的材料，其电子的迁移率、寿命等都不一样，这就直接影响了响应速度。

比如说，硅材料的响应速度相对较快，而锗材料可能就会慢一些。

然后是探测器的结构和工艺。

这就好比盖房子，结构设计得合理，施工工艺精细，房子才能坚固耐用。

探测器的结构如果设计得巧妙，能够让光更有效地被吸收和转化，从而缩短响应时间。

工艺方面，比如制造过程中的杂质浓度控制、界面平整度等，都会对响应时间产生影响。

还有外部因素也不能忽视。

比如说，光照的强度和波长。

就像你给植物浇水，水太多或者太少，植物都长不好。

光太强或者太弱，波长不合适，探测器的响应时间也会受到影响。

为了测量光电探测器的响应时间，科学家们可是想出了各种各样的办法。

有一种常见的方法叫做“脉冲法”。

简单来说，就是给探测器一个短脉冲的光信号，然后观察它输出电信号的变化。