光電探測(cè)器的性能參數(shù)ppt課件

1、1光電探測(cè)器的性能參數(shù)光電探測(cè)器的性能參數(shù)2 光電系統(tǒng)一般都是圍繞光電探測(cè)器的性能進(jìn)行設(shè)計(jì)的， 探測(cè)器的性能由特定工作條件下的一些參數(shù)來(lái)表征。3 光電探測(cè)器的性能參數(shù)與其工作條件密切相光電探測(cè)器的性能參數(shù)與其工作條件密切相關(guān)，所以在給出性能參數(shù)時(shí)，要注明有關(guān)關(guān)，所以在給出性能參數(shù)時(shí)，要注明有關(guān)的工作條件。主要工作條件有：的工作條件。主要工作條件有： 1輻射源的光譜分布輻射源的光譜分布 2電路的通頻帶和帶寬電路的通頻帶和帶寬 3工作溫度工作溫度 4光敏面尺寸光敏面尺寸 5偏置情況偏置情況41響應(yīng)率(或稱(chēng)響應(yīng)度)Rv或RI2單色靈敏度3積分響應(yīng)度4響應(yīng)時(shí)間 5頻率響應(yīng)5 響應(yīng)率是描述探測(cè)器靈敏度的

2、參量。它表征探測(cè)器輸出信號(hào)與輸入輻射之間關(guān)系的參數(shù)。定義：光電探測(cè)器的輸出均方根電壓Vs或電流Is與入射到光電探測(cè)器上的平均光功率之比， 即： RvVsP (VW) RIIsP (Aw) Rv和RI稱(chēng)為光電探測(cè)器的電壓響應(yīng)率和電流響應(yīng)率。 測(cè)量響應(yīng)率的輻射源一般是500K的黑體。 使用波長(zhǎng)為的單色輻射源，則稱(chēng)為單色響應(yīng)率R在可見(jiàn)光波段，光電探測(cè)器的響應(yīng)率又稱(chēng)為光電探測(cè)器的靈敏度，并分為單色靈敏度和積分靈敏度。 6單色靈敏度又叫光譜響應(yīng)度，用R表示，是光電探測(cè)器的輸出電壓或輸出電流與入射到探測(cè)器上單色輻射通量(光通量)之比。即 Rv = (VW) RI= (A / W) 式中， ()為入射的單色

3、輻射通量或光通量。如果()為光通量，則Rv的單位為Vlm。 )(Vs)(sI7積分靈敏度表示探測(cè)器對(duì)連續(xù)輻射通量的反應(yīng)程度。對(duì)包含有各種波長(zhǎng)的輻射光源，總光通量為： 光電探測(cè)器輸出的電流或電壓與入射總光通量之比稱(chēng)為積分響應(yīng)度。d)(08由于光電探測(cè)器輸出的光電流是由不同波長(zhǎng)的光輻射引起的，所以輸出光電流為： 可得積分響應(yīng)度為： 式中， 、 、分別為光電探測(cè)器的長(zhǎng)波限和短波限。由于采用不同的輻射源，甚至具有不同色溫的同一輻射源所發(fā)生的光譜通量分布也不相同，因此提供數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)指明采用的輻射源及其色溫。 dRdIIss)()(01010101)()(ddRR019響應(yīng)時(shí)間是描述光電探測(cè)器對(duì)入射輻射響應(yīng)

4、快慢的一個(gè)參數(shù)。即當(dāng)入射輻射到光電探測(cè)器后或入射輻射遮斷后光電探測(cè)器的輸出上升到穩(wěn)定值或下降到照射前的值所需時(shí)間稱(chēng)為響應(yīng)時(shí)間。常用時(shí)間常數(shù)的大小來(lái)表示。當(dāng)用一個(gè)輻射脈沖輻射脈沖照射光電探測(cè)器，如果這個(gè)脈沖的上升和下降時(shí)間很短，如方被，則光電探測(cè)器的輸出由于器件的惰性而有延遲，把從10上升到90峰值處所需的時(shí)間稱(chēng)為探測(cè)器的上升時(shí)間，而把從90下降到10處所需的時(shí)間稱(chēng)為下降時(shí)間。 10光電探測(cè)器的響應(yīng)隨入射輻射的調(diào)制頻率而變化的特性稱(chēng)為頻率響應(yīng)。11 從響應(yīng)度的定義來(lái)看，好象只要有光輻射存在，不管它的功率如何小，都可探測(cè)出來(lái)。當(dāng)入射功率很低時(shí)，輸出只是些雜亂無(wú)章的變化信號(hào)，無(wú)法肯定是否有輻射入射在

5、探測(cè)器上。這并不是探測(cè)器不好引起的，而是它所固有的“噪聲”引起的。如果對(duì)這些隨時(shí)間起伏的電壓(流)按時(shí)間取平均值，則平均值等于零。但這些值的均方根不等于零， 這個(gè)均方根電壓(流)稱(chēng)為探測(cè)器的噪聲電壓(流)。 12 判定噪聲大小通常使用信噪比這個(gè)參數(shù)。在負(fù)載電阻RL上產(chǎn)生的信號(hào)功率與噪聲功率之比，即： 若用分貝(dB)表示，則為：利用SN評(píng)價(jià)兩種光電探測(cè)器性能時(shí)，必須在信號(hào)輻射功率相同的情況下才能比較。對(duì)單個(gè)光電探測(cè)器，其S/N的大小與入射信號(hào)輻射功率及接收面積有關(guān)。如果入射輻射強(qiáng)，接收面積大S/N就大，但性能不一定就好。 因此用S/N評(píng)價(jià)器件有一定的局限性。 2222NsLNLsNsIIRIR

6、IPPNSNSNSdBIIIINSlg20lg10)(2213定義：探測(cè)器在特定帶寬內(nèi)(1Hz)產(chǎn)生的均方根信號(hào)電流恰好等于均方根噪聲電流值時(shí)輻射源的輸入通量， 此時(shí)，其他參數(shù)，如頻率溫度等應(yīng)加以規(guī)定。這個(gè)參數(shù)是在確定光電探測(cè)器件的探測(cè)極限(以輸入通量為瓦或流明表示)時(shí)使用。 14定義為信號(hào)功率與噪聲功率之比為1，即SN1時(shí)，入射到探測(cè)器上的輻射通量(單位為瓦)。即： NEP在ENI單位為瓦時(shí)與之等效。一個(gè)良好的探測(cè)器件的NEP約為1011W。NEP越小，噪聲越小器件的性能越好。 NSNEPe/15只用NEP無(wú)法比較兩個(gè)不同來(lái)源的光探測(cè)器的優(yōu)劣。為此引入兩個(gè)新的性能參數(shù)探測(cè)率D和比探測(cè)率D*

7、探測(cè)率D定義為NEP的倒數(shù)，即： （W-1） 顯然，D愈大，光電探測(cè)器的性能就愈好。 探測(cè)率D所提供的信息與NEP一樣， 也是一項(xiàng)特征參數(shù)。PVVsNEPDN/116顯然，D愈大，光電探測(cè)器的性能就愈好。 它描述的特性是：光電探測(cè)器在它的噪聲電平之上產(chǎn)生一個(gè)可觀測(cè)的電信號(hào)的本領(lǐng)，即光電探測(cè)器能響應(yīng)的入射光功率越小，則其探測(cè)率越高。但是僅根據(jù)探測(cè)率D還不能比較不同的光探測(cè)器的優(yōu)劣，這是因?yàn)槿绻麅芍挥上嗤牧现瞥傻墓怆娞綔y(cè)器，盡管內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同，但光敏面積Ad不同，測(cè)量帶寬不同，則D值也不相同。為了能方便地對(duì)不同來(lái)源的光電探測(cè)器進(jìn)行比較，需要把探測(cè)率D標(biāo)準(zhǔn)化(歸一化)到測(cè)量帶寬為1Hz、光電探測(cè)器光敏面積為1cm2。這樣就能方便地比較不同測(cè)量帶寬、對(duì)不同光敏面積的光電探測(cè)器測(cè)量得到的探測(cè)率。 17實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論分析表明，對(duì)于許多類(lèi)型的光電探測(cè)器來(lái)說(shuō)，其噪聲電壓VN與光電探測(cè)器光敏面積Ad的平方根成正比，與測(cè)量帶寬的平方根成正比。因此將VN除以 ，則D就與A