光电探测器光谱响应度和响应时间的测量(刘1)

if
i f 0
1 (2f )2
τ称为探测器的响应时间或时间常数，由材料、结构和外电路决定。
23
三、频率灵敏度Rf
频率灵敏度
Rf
R0
1 (2f )2
这就是探测器的频率特性，R f随f 升高而下降的速度与τ值大小关系很大。
一般规定，R f下降到
R0 / 2 0.707R0
频率fc为探测器的截止响应频率和响应频率。
表达式
Ri
di dp
i p
du u Ru dp p
R
i dP
Rf
if p
h
e
Ri
Pth
in Ri
NEP Ps SNR i 1
单位
安/瓦 伏/瓦 安/瓦 安/瓦
瓦 瓦
D*
Af / NEP
厘米.赫兹1/2/ 瓦
5
1、光电探测器的特性的微观量-宏观量描述是 什么？
量子效率
h
e
Ri
单位时间单位光量子数产生的光电子数。 就是等量子光谱响应曲线中用光电子数代替电流或电压。
二光谱灵敏度r28通常给出的是相对光谱灵敏度s27引入相对光谱功率密度函数它的定义为就有积分上式有dp变化量二光谱灵敏度r并注意到由此便得25若入射光是强度调制在其它条件不变下光电流若入射光是强度调制在其它条件不变下光电流iiff将随调频将随调频ff的升高的升高而下降这时的灵敏度称为而下降这时的灵敏度称为频率灵敏度频率灵敏度rrff是光电流时变函数的付里叶变换通常称为探测器的响应时间或时间常数由材料结构和外电路决定
半导体激光器把电功率转化为光功率发射出去，用功率效率和量子效
率来衡量激光器转换效率的高低。
功率效率定义为

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。

NEP Ps SNR i 1
单位
安/瓦 伏/瓦 安/瓦 安/瓦
瓦 瓦
与噪声等效功率成倒数、光敏面积和噪声功率有关 D* Af / NEP 厘米.赫兹1/2/瓦
5
知识巩固
1、光电探测器的特性的微观量-宏观量描述是什么？
答：
是量子效率，可表示为
h
e
Ri
单位时间单位光量子数产生的光电子数。
就是等量子光谱响应曲线中用光电子数代替电流或电压。
0
di [ 0
S Rm P'm f 'd' ] d
Rm
dP
'm
0 S
f'd'
0 f'd'
0 f'd'
26
二、光谱灵敏度Rλ
式中
0
f ' d'
1 P 'm
0
P '
d '
P / P 'm
并注意到 Rim Rm d
0 s f'd'
由此便得
R
i P
Rm dK
Rim K 1.0
式中
所以
1
in ( A) 2
又有
1
D ( A) 2
8
七、归一化探测度D*
把两种因素一并考虑，
1
D ( Af ) 2
定义
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 )。

波长 收系数 ( %)
( %) 数 ( %) 数 ( %)
(nm) ( %)
波长 ( %)
装调 辐射计 均值不
( %)
随机不 不确定 确定度
确定度 度 ( %) ( %)
B类 ( %)
A类 ( %)
标准 不确 定度
2 Uc ( %)

( %)
( %)
B类 B类 B类 B类 B类 B类 B类 B类 A类 A类
图 1 47615nm 波长下 No1 无窗紫敏硅光电 探测器 5 次绝对定标数据
No1 无窗紫敏硅光电探测器在 47615nm 响应 度的平均值为 0124778 (A/ W) ,标准偏差为 313 × 10 - 5 。 113 紫外光谱响应度标准测量装置[1 ]
测量装置 (图 2) 采用了功率为 150W 的点弧氙 灯 ,配合相应的光路设计 ,可获得较强的紫外波段辐 射 。单 色 仪 适 用 于 紫 外 波 段 ( 光 栅 闪 耀 波 长 200nm ,效率 > 65 %) 。使用的平面反射镜及凹面反 射镜采用紫外增反铝进行镀膜 ,使紫外功率衰减减 小到最少 。调制器采用了 Stanford 生产的 SR540 调制器 ,斩波频率精度优于 1 %。
260 0106 - 4 E - 06 0. 1 0. 03 0. 05 0. 01 0. 2 0. 1 0. 8 0. 8 0. 26 1. 1 1. 14 2. 28
·1 4 ·
计量技术 20081No 2
测量与设备
送计算机处理 。单色仪 、旋转平台 、滤光片轮驱动器 及光学快门 、数据采集 、处理由计算机自动控制 。
图 5 紫外波段光电探测器光谱响应度测量装置原理图
在同样光束条件下 ,用腔型热释电探测器在波

*
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

光电探测器的动态响应分析嘿，咱们今天来好好聊聊光电探测器的动态响应这回事儿！你知道吗，光电探测器就像是我们眼睛的超级加强版。

它能感知到光的微小变化，然后把这些信息传递给我们。

但这其中的动态响应，可有着不少的门道。

我想起之前有一次参加一个科研小项目，我们团队就遇到了和光电探测器动态响应相关的难题。

那时候，我们正在研究一种新型的光学通信系统，其中光电探测器的性能至关重要。

我们用的那个光电探测器，一开始表现还不错，可在进行高速数据传输的时候，就出了岔子。

数据老是出现错误，就像是一个调皮的孩子，总是不听指挥。

我们那叫一个着急啊！后来经过仔细的排查，发现问题就出在动态响应上。

原来，这个探测器在快速响应光信号变化的时候，跟不上节奏，产生了延迟和误差。

这就好比你在跑步比赛中，别人都已经冲出去老远了，你还在原地磨蹭，那能行吗？那到底什么是光电探测器的动态响应呢？简单来说，就是它对光信号变化的反应速度和准确性。

就像我们的眼睛，看到快速移动的物体能迅速跟上，这就是好的动态响应。

动态响应包括上升时间、下降时间、带宽等参数。

上升时间就是探测器从接收到光信号到输出达到最大值的时间。

下降时间则相反，是从最大值回到初始值的时间。

带宽呢，就像是探测器能接收信号的“频道宽度”，带宽越大，能处理的信号频率就越高。

比如说，在一些高速光通信系统中，需要光电探测器有极短的上升和下降时间，这样才能准确无误地传输大量的数据。

要是探测器反应慢了，那信息就会丢失或者出错，就像我们前面说的那个项目一样。

而影响光电探测器动态响应的因素也有很多。

材料的性质就是一个关键因素。

不同的材料，对光的吸收和转换效率不一样，这直接影响了探测器的响应速度。

还有探测器的结构和制造工艺。

比如说，探测器的面积大小、电极的设计等等，都会对动态响应产生影响。

另外，工作环境的温度、光照强度等也不能忽视。

温度太高或者太低，都可能让探测器“发脾气”，不好好工作。

为了提高光电探测器的动态响应性能，科学家们可是绞尽了脑汁。

光电探测器关键性能参数测试研究共3篇光电探测器关键性能参数测试研究1光电探测器关键性能参数测试研究光电探测器是现代光学系统及通信系统中重要的组成部分，如光电转换、信号检测等，而其性能参数如灵敏度、响应时间等则对整个系统的效能和性能产生非常重要的影响。

因此，对光电探测器关键性能参数进行测试研究是非常必要的。

1. 灵敏度测试灵敏度是光电探测器的重要性能参数之一，是指光电探测器吸收到的光功率与光电转化电流之比。

具有高灵敏度的光电探测器能够更加灵敏地检测到光信号。

光电探测器的灵敏度测试需要利用光源和光功率计将光信号输入光电探测器，同时修改光源的光功率，测量光电转化电流和光功率之比，以得到光电探测器的灵敏度。

2. 响应时间测试响应时间是光电探测器的另一重要性能参数，指的是光电转换电流上升到其最大值时所需的时间。

具有高响应时间的光电探测器能够更快地响应到光信号。

光电探测器的响应时间测试需要利用激光光源和光脉冲发生器将光信号输入光电探测器，同时利用示波器记录光电转化电流的波形，以得到光电探测器的响应时间。

3. 噪声测试噪声是光电探测器的另一个重要性能参数，指的是光电探测器未受到光信号时产生的电流和电压波动。

噪声影响了光电探测器的信噪比和灵敏度。

光电探测器的噪声测试需要利用示波器和功率谱仪来对光电探测器的电流和电压进行测试。

4. 阈值电流测试阈值电流是光电探测器另一个重要性能参数，是指光电探测器开始进行光电转换时所需的最小电流。

阈值电流直接影响光电探测器的检测能力。

光电探测器的阈值电流测试需要利用实验仪器来检测光电转换电流和光功率计之间的关系，以此得到阈值电流。

总的来说，光电探测器关键性能参数测试是一项非常重要的工作，它能够为光学系统和通信系统中光电探测器的适当选择和性能提升提供可靠的理论和实践基础。

伴随着科技的迅速发展和社会的不断进步，光电探测器在各个领域的应用越来越广泛，不断地推动着光学技术的进步和创新综上所述，光电探测器的关键性能参数测试是非常重要的，能够为光学系统和通信系统的性能提升提供有力的支撑。

总结词
带宽是光电探测器的频率响应范围，表示为Hz。
详细描述
带宽是指光电探测器能够响应的频率范围，单位为Hz。带宽越宽，光电探测器 能够响应的光信号频率范围越广，能够适应更快速、更高频率的光信号变化。

噪声等效功率
总结词
噪声等效功率是光电探测器的噪声水平，表示为W。
详细描述
噪声等效功率是指光电探测器在产生同等噪声时所对应的入射光功率，单位为W 。噪声等效功率越小，光电探测器的噪声水平越低，能够更好地检测到低功率的 光信号。
光电探测器在安全监控领域的应用
视频监控中的应用
光电探测器在视频监控中用于图像的 采集和检测，提高监控系统的可靠性 和清晰度。
红外探测中的应用
光电探测器在红外探测中用于检测目 标物体的温度和辐射，实现夜间和恶 劣环境下的监控。
光电探测器在环境监测领域的应用
气象观测中的应用
光电探测器在气象观测中用于检测大气中的 气体成分和浓度，为环境保护和气象预报提 供数据支持。
详细描述
光电探测器的基本原理是利用光子与物质相互作用产生电子-空穴对的原理。当光子照 射到光电探测器的敏感区域时，光子能量被吸收并传递给材料中的电子，使电子获得足 够的能量跳出材料表面，形成光电流。这个光电流的大小与入射光的强度和频率有关，
从而实现光电转换。
光电探测器的应用领域
总结词
了解光电探测器的应用领域有助于理解其在不同领域 中的性能要求。光电探测器的应用领域包括通信、工 业自动化、安全监控、医疗诊断等。
02
光电探测器的性能参 数
响应度
总结词
响应度是光电探测器对光信号的敏感程度，表示为A/W（安 培/瓦特）或mA/W。
详细描述
响应度是指光电探测器在单位入射光功率下所产生的光电流 大小，单位为A/W或mA/W。响应度越高，光电探测器对光 信号的敏感度越高，能够更快速、准确地检测到光信号的变 化。

光电探测器性能测试方法研究光电探测器是一种将光信号转换为电信号的器件，广泛应用于光通信、光电子技术、无线通信等领域。

为了确保光电探测器的性能符合要求，需要进行一系列的性能测试。

本文将对光电探测器的性能测试方法进行研究，以提供有关如何测试光电探测器性能的指导。

首先，响应频率是指光电探测器对光信号频率的响应能力。

常见的测试方法包括调制光源法和频率响应曲线法。

调制光源法是通过改变光源的频率，测量光电探测器对不同频率光信号的响应，从而得到光电探测器的响应频率范围。

频率响应曲线法是通过输入不同频率的正弦信号，测量光电探测器输出信号的大小，得到光电探测器对不同频率光信号的响应特性曲线。

其次，响应速度是指光电探测器对光信号响应的时间。

常见的测试方法包括脉冲光源法和步进信号法。

脉冲光源法是通过控制一个脉冲光源产生一个短脉冲光信号，测量光电探测器的输出信号的上升时间和下降时间，从而得到光电探测器的响应速度。

步进信号法是通过逐步增加或减小输入光信号的强度，记录光电探测器输出信号的变化情况，从而得到光电探测器的响应时间。

此外，量子效率是指光电探测器将输入光信号转化为输出电信号的效率。

常见的测试方法包括相对法和绝对法。

相对法是通过比较待测光电探测器和标准光电探测器对同一光源的响应信号大小，从而得到待测光电探测器的量子效率。

绝对法是通过使用一个已知辐射强度的标准光源，测量光电探测器的输出信号的大小，从而计算出光电探测器的量子效率。

最后，噪声是指光电探测器输出信号中的随机波动。

常见的测试方法包括功率谱法和等效输入噪声温度法。

功率谱法是通过将光电探测器输出信号转换到频域中，测量其功率谱密度，从而得到光电探测器的噪声特性。

等效输入噪声温度法是通过将光电探测器与一个标准电阻进行连接，测量在特定频率下电阻的噪声功率，从而计算出光电探测器的等效输入噪声温度。

综上所述，光电探测器的性能测试方法研究包括响应频率、响应速度、量子效率和噪声等测试。

与V(λ)曲线还不完全一致。如直接使
用，与人的视觉还有一定的差距，所
以必须加滤光片进行修正，使其 特性曲线与V(λ)曲线完全符合， 这样即可得到与人眼视觉相同的 效果。
在可见光区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线 1-硫化镉单晶 2-硫化镉多晶 3-硒化镉多晶
第二十五页，共86页。 4-硫化镉与硒化镉混合多晶
Ev
电
常用于可见光波段测试
阻
分
入射光子的能量大于或等于
类
掺 杂质电离能时就能激发电子 杂 空穴对
Eg
Ec
型
0
hc Eg
124(0nm) Eg
Ev
第十八页，共86页。
常用于红外波段甚至远红外测试
常用光电导材料
光电导器件材料
禁带宽度 光谱响应范围
（eV）
（nm）
峰值波长 （nm）
硫化镉（CdS）
2.45
第二十六页，共86页。
在红外区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线
三. 噪声特性
1、噪声及探测率 热噪声（>1MHz）
IN 2 J(f)Rd(4k1T f202) 高频
产生复合噪声(1kHz～1MHz)
I2 ngr
4MeIf
1
2
2 0
高频
电流噪声（低频）
IN2 J(
f
)
4kTf Rd
低频
In2gr4MeIf 低频
1
( A f ) 2
表示探测器接收面积为
１ cm 2 , 工作带宽为１ Hz 时的单位入射辐射功率
所
产生的信噪比 .
如果探测器的噪声由外
界辐射决定，则探测器
需要致冷屏蔽，致冷屏
的开口决定了探测器视

光敏电阻的暗电阻越大．而亮电阻越小．则性能越好，也就是说，暗电流要小，光电流要大，这样的光敏电阻的灵敏度就高。实际上，大多数光敏电阻的暗电阻往往超过1M欧，甚至高达100MΩ，而亮电阻即使在正常白昼条件下也可降到1kΩ以下，可见光敏电阻的灵敏度是相当高的。
频率特性：非平衡载流子的产生与复合都有一个时间过程，在一定程度上影响了光敏电阻对变化光照的响应。
光照特性：即光生电动势，光电流与照度的关系。
光谱特性：取决于所采用的材料与制作工艺，同时也与温度有关。
频率特性：除了载流子运动因素外，还与材料，结构，光敏面的大小及使用条件有关。负载电阻越大、光敏面积越大、结电容越大，频率响应越差。
光电探测器特性测试实验
光电探测器是一种将辐射能转换成电讯号的器件，是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。光电探测器的种类很多，新的器件也不断出现，按探测机理的物理效应可分为两大类：一类是利用各种光子效应的光子探测器，另一类是利用温度变化的热探测器。
1、光敏电阻
光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管．它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流电压，也可以加交流电压。当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值(亮电阻)急剧减少，因此电路中电流迅速增加。
光谱响应特性：由所用半导体材料的禁带宽度决定。PbS
2、光敏二极管
光敏二极管是一种光伏探测器，主要利用了PN结的光伏效应。对光伏探测器总的伏安特性可表达为
式中I中是流过探测器总电流，Iso二极管反向饱和电流，Is是光照时的光电流，q是电子电荷，V是探测器两端电压，k为玻耳兹曼常数，T器件绝对温度。

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。

法的优点在 于结构 简单且不需要基准探测 器 ， 但是要得 到高
精度相对 光谱 响应 ， 必须要求得到可 观的数 目的滤光 片，此
外滤光片光谱 透过 率具有方 向性也是影 响相对光谱响应 函数 精度的重要因素。 本文采用 Ｌ Ｅ Ｄ光谱 可调谐光源直接照射光 电探测器 件 ， 根据辐射传输数学物理方程构造 描述 不同光谱 分布光源下 的
作者简介 ： 刘洪兴 ， １ ９ ８ ６ 年生 ， 中国科 学院长春光学精密机械与物理研究所博士研究生
基于 Ｌ Ｅ Ｄ光 谱可 调谐 光 源 的光 电探 测器 相对 光 谱 响应 测量 研 究
刘洪兴 ， 任建伟 ， 万 志 ， 刘则洵 ， 李葆 勇 ，叶 钊
１ ．中国科学院长春光学精 密机械 与物理研究所 ， 吉林 长春 ２ ．中国科学 院研究生院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ １ ３ ０ ０ ３ ３
最后 分析 了影 响该方法测量精度 的因素及其解决方 案 。 该 测量方 法结构简 单 ， 避免 了单 色仪谐 ；光电探测器 ； 相对光谱响应
文献标识码 ： Ａ Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ４ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｒ ￣１ ０ ０ ０ — ０ ５ ９ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ２ ５ ０ — ０ ５
光 电探测器辐射输入和信号输出值 ， 通过求解 方程组得 到的
相对光谱响应 函数 。
１ 光谱可调谐光源
英 国的 Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ（ ＮＰ Ｌ ） 设计 了如图 １ 所示光谱可调谐光源 系统嘲 ， 该 系统 的光 源为溴钨 灯 ，溴 钨灯发 出的光经准直 系统 （ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｍａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｎ ｓ ） 、 分光 系统 （ ｆ ｉ ｘ ｅ ｄ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ） 、聚焦透镜（ ｆ ｏ ｃ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｎ ｓ ） 以及 空间滤 波器 （ ｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ ｌ ｙ

光谱响应带宽测量
光谱响应带宽是指光电探测器对于不同波长的光信号的响应范围。

测量光谱响应带宽的方法包括以下几种：
1. 半功率点法：通过测量光电探测器对于不同波长的光信号的输出功率，找到输出功率下降到峰值一半时对应的波长点，这个波长点即为光谱响应带宽的上下边界。

2. 波长间隔法：通过在一定波长范围内，以固定的波长间隔改变光信号的波长，测量光电探测器的输出电流或输出功率，并根据输出电流或功率的变化来确定光谱响应带宽。

3. 波动法：通过在一个较小的波长范围内，以不同的波长测量多次光电探测器的输出电流或功率，并计算其标准差，从而得到光谱响应带宽。

在测量光谱响应带宽时，需要注意的是要使用精确的光源和准确的测量设备，以确保测量结果的准确性。

此外，测量时还需考虑光电探测器的非线性和温度对测量结果的影响，并进行相应的修正。

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。

光电倍增管
本讲主要内容
一、积分灵敏度R 二、光谱灵敏度Rλ 三、频率灵敏度Rf 四、量子效率η 五、通量阈Pth 六、噪声等效功率NEP 七、归一化探测度D*
31
一、积分灵敏度R
灵敏度也常称作响应度，是光电探测器光电转换特 性，光电转换的光谱特性以及频率特性的量度。
光电流i(或光电压u)和入射光功率P之间的关系i＝f (P)，称为探测器的光电特性。
i F (u, P, , f )
以u，P，λ为参变量，i＝F（ f ）的关系称为光电频率特性，相应曲
线称为频率特性曲线。 i=F (P)及曲线称为光电特性曲线。 i＝F (λ)及其曲线称为光谱特性曲线。
i＝F (u)及其曲线称为伏安特性曲线。
一旦曲线给出，灵敏度R值就可从曲线中求出，还可以利用伏安特性 等曲线来设计探测器的使用电路。
量子效率 通量阈 噪声等效功率 归一化探测度
物理描述
光电转换特性的量度
对某一波长光电转换的量度 电流随调制频率变化的量度 吸收的光子数和激光的电子数之比 探测器所能探测的最小光信息功率 单位信噪比时的信号光功率
表达式
Ri
di dp
i p
Ru
du dp
u p
R
i dP
Rf
if p
h
e
Ri
Pth
in Ri
光电鼠标灵敏度
30
一、积分灵敏度R
灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即
Ri
di dP
i P
(线性区内) (安/瓦) 或微安/流明
Ru
du
dP
u P
(线性区内) (伏/瓦)
R i和R u分别称为积分电流和积分电压灵敏度，i和u称为电表测量的电流、 电压有效值。