2010光電相位探測器--陳適

1、光電技術(shù)綜合設計I -光電相位探測傳感器設計班級：光通信072姓名：陳適學號：2007031066日期：2010年12月20日一、 設計目的本設計目的在了解其基本工作原理基礎上，完成光電相位探測傳觀器系統(tǒng)的簡易或原理性設計，實現(xiàn)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、抗干擾能力強、實時性好、并且能夠獲得光波波前相位信息等特點。受設計時間限制，本課程設計主要是對前端的激光器和光電探測器。光電相位探測傳感器主要由光學匹配系統(tǒng)、為透鏡陣列、光電探測器、圖像采集卡、數(shù)據(jù)處理計算機和光波相位模式復原軟件等構(gòu)成。本課程設計研究對象主要為前端激光器和光電探測模塊。二、 光電相位探測傳感器的構(gòu)成1、 光學匹配系統(tǒng)2、 微透

2、鏡陣列3、 光電探測器4、 圖像采集卡5、 數(shù)據(jù)處理計算機6、 光波相位模式復位軟件等。三、 設計原理入射激光束數(shù)據(jù)處理光電探測器匹配系統(tǒng)微透鏡陣列圖像采集 1、 將入射光束的口徑縮?。ǚ糯螅┑脚c微透鏡陣列相匹配尺寸。2、 微陣列透鏡將入射光瞳分割，對分割后的入射波前成像。3、 光電探測器用于接收光電信號，目前多用CCD探測器。4、 微透鏡陣列和光電探測器之間加入匹配透鏡。5、 計算得到波前相位分布。6、 光波相位模式復原軟件。四、前端激光器1、前端激光器的構(gòu)成（1）、泵浦系統(tǒng)泵浦原是指向工作物質(zhì)共給能量的能源，依靠它把工作物質(zhì)中的原子，分子叢基態(tài)激發(fā)到高能態(tài)，并形成粒子束反轉(zhuǎn)。在激光器中，外

3、部能量通常會以光或電流的形式輸入到產(chǎn)生激光的媒質(zhì)之中，把處于基態(tài)的電子，激勵到較高的能級高能態(tài)（人們用“泵浦”一詞形容這一過程(如同把水從低處抽往高處)，物理學家將這種狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)(excited state)。為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須用一定的方法去激勵原子體系，使處于上能級的粒子數(shù)增加。一般可以用氣體放點的個辦法來利用具有動能的電子去激發(fā)介質(zhì)原子，稱為點激勵。也可用脈沖光源來照射工作介質(zhì)，稱為光激勵。各種激勵方式被形象化地稱為泵浦或抽運。為了不斷得到激光輸出，必須不斷地泵浦，以維持處于上能級的粒子數(shù)比下能級多。常用的泵浦方式有：a電子注入：用電學方法將電子或空穴從作用區(qū)的兩側(cè)注

4、入到作用區(qū)中，以在作用區(qū)形成粒子束反轉(zhuǎn)。二極管激光器采用的就是這種方法，這種泵浦法的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，容易調(diào)治，效率高等。b光學泵浦：這是利用光源的光輻射把工作物質(zhì)中的原子泵浦到高能態(tài)。固體激光器，光線激光器，染料激光器，有機激光器等都采用這種方法。對泵浦光源的基本要求是，發(fā)射波長與工作物質(zhì)吸收波長匹配。滿足這個條件，泵浦光源的大部分光能就會真正用于泵浦，獲得比較高的泵浦效率；此外，近年來，用半導體二級激光管作泵浦光源，具有體積小，使用壽命長，發(fā)光效率高等優(yōu)點。c氣體放電泵浦：利用氣體放電，加熱氣體，使他們電離，或者讓電子，離子與工作物質(zhì)中的原子發(fā)生非彈性碰撞，把他們激發(fā)到高能態(tài)，李子激光器，

5、原子或分子氣體激光器，金屬蒸氣激光等采用這個方法。d粒子束泵浦：向工作物質(zhì)注入高能電子或離子，讓他們與工作物質(zhì)的原子或分子作非彈性碰撞，把后者激發(fā)到高能態(tài)。高壓氣體激光器等采用這種方法。e化學泵浦：利用工作物質(zhì)本身化學反應式所產(chǎn)生的能量，把原子，分子激發(fā)到高能態(tài)，化學泵浦可分為直接泵浦，能量轉(zhuǎn)移泵浦和光分解泵浦三種方式：直接泵浦是由工作物質(zhì)發(fā)生的化學反應形成激發(fā)態(tài)原子；能量轉(zhuǎn)移泵浦是利用某些化學反應產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)原子與工作物質(zhì)的原子作非彈性碰撞，通過能量交換把后者激發(fā)到高能態(tài)；光分解泵浦是利用光輻射照射工作物質(zhì)，使其發(fā)生光分解反應，并在反應過程中形成激發(fā)態(tài)原子。（2）、工作物質(zhì)激光的產(chǎn)生必須選擇

6、合適的工作介質(zhì)，可以是氣體、液體、固體和半導體，在這種介質(zhì)中可以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以制造獲得激光的必要條件。（3）、諧振腔有了合適的工作物質(zhì)和激勵源后，就可以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，但這樣產(chǎn)生的受激輻射強度很弱，無法實際應用。于是用光學諧振腔進行放大，所謂光學諧振腔，實際是在激光器兩端，面對面裝飾兩塊反射率很高的鏡，一塊幾乎全反射，一塊光大部分反射，少量透射出去，以使激光可以透過這塊鏡子而射出。被反射回到工作介質(zhì)的光，可以繼續(xù)誘發(fā)新的受激輻射、因此，光在諧振腔中來回振蕩，造成連鎖反應，雪崩似的獲得放大，產(chǎn)生強烈的激光，從部分反射鏡子一端輸出。以HE-NE激光器結(jié)構(gòu)舉例： 示意圖諧振腔構(gòu)成與分類光學諧振腔

7、可分為：閉腔、開腔、氣體波導腔，其中根據(jù)光束幾何逸出損耗的高低，開腔又分為穩(wěn)定腔、非穩(wěn)腔、臨界腔。腔的穩(wěn)定條件兩塊具有公共軸線的球面鏡構(gòu)成的諧振腔稱為共軸球面腔。利用變化矩陣算法，得：（1）穩(wěn)定腔條件： 代入 , 可得： ,引入所謂的g函數(shù)，將式子改寫成：，其中： ,上式稱為共軸球面腔的穩(wěn)定性條件，式中當凹面鏡向著腔內(nèi)時，R取正值。當凸面鏡向著腔內(nèi)時，R取負值。（2）非穩(wěn)定腔條件：，即臨界腔條件：，即2、激光諧振腔基本參數(shù)設計：（1）激光器選擇：a、由于光電相位探測傳感器是主要利用激光的相位來工作，因此選擇氣體激光器，因為氣體激光器具有光束質(zhì)量高，方向性好，單色性好，穩(wěn)定性強，成本低，使用壽命

8、長等優(yōu)點。b、由于穩(wěn)定腔幾何偏折損耗低，且在鏡面上的場分布可以用高斯函數(shù)描述，可以用高斯模的匹配來解決光學匹配問題。因此設計采用穩(wěn)定腔激光器。（2）條件推導設諧振腔長度為L，諧振腔參數(shù)分別為，諧振腔本征波長推導、的數(shù)學表達式。 諧振腔示意圖推導過程：共焦場的振幅分布由下式確定：對基模：可見共焦場基膜的振幅在橫截面內(nèi)由高斯分布函數(shù)所描述。定義在振幅的的基模光斑尺寸為：式中 為鏡上基模的光斑半徑。在共焦腔的中心達到極小值：由上圖所示可得：則由上式可解得：,將,轉(zhuǎn)化為,，再代入可得：，。按式中共焦腔中基模的光斑尺寸為：，將代入有：可用腔的參數(shù)表示如下：五、高斯模的匹配問題1、高斯模匹配的意義：由激光

9、器的諧振腔所產(chǎn)生的高斯光束注入到另一個光學系統(tǒng)時(例如周期序列的光學傳輸線、作為干涉儀的諧振腔、在非線性光學實驗中將入射高斯光束聚焦到非線性晶體上時，要求有一定的光斑半徑，等等)，還涉及到高斯模的匹配問題。當實現(xiàn)模匹配時，一個入射的高斯模，只能激起第二個系統(tǒng)的一個相對應的高斯模，而不激起系統(tǒng)的其他模式。這時，入射模的能量將全部轉(zhuǎn)給系統(tǒng)的對應模式而不發(fā)生向系統(tǒng)其他模式的能量轉(zhuǎn)換。如果沒實現(xiàn)模式匹配，入射模將激起第二個系統(tǒng)多個不同的模式發(fā)生模式轉(zhuǎn)換，即所謂模交叉，從而降低了入射模的鍋臺系數(shù)，增加了損耗。2、高斯模匹配原理：光學傳輸線和干涉儀都具有自己的高斯模，如以和表示高斯光束和高斯光束的腰斑尺寸

10、，如下圖，如果在期間適當位置插入一個適當焦距的透鏡L后，光束和互為共軛光束，則透鏡L實現(xiàn)了兩個腔之間的高斯模匹配。當實現(xiàn)模匹配時，一個入射的高斯模，只能激起第二個系統(tǒng)的一個相對應的高斯模，而不激起系統(tǒng)的其他模式。這時，入射模的能量將全部轉(zhuǎn)給系統(tǒng)的對應模式而不發(fā)生向系統(tǒng)其他模式的能量轉(zhuǎn)換。如果沒實現(xiàn)模式匹配，入射模將激起第二個系統(tǒng)多個不同的模式發(fā)生模式轉(zhuǎn)換，即所謂模交叉，從而降低了入射模的耦合系數(shù)，增加了損耗。III高斯模的匹配原理示意圖下面討論兩個腔的模匹配問題。如上圖，設兩個高斯模的腰部位置和腰斑尺寸為已知，其中一個腔中的光斑半徑，它與透鏡的距離為，(只與腔參數(shù)有關(guān)，除與腔參數(shù)有關(guān)外，還與透

11、鏡至腔反射鏡之間的距離有關(guān))；另一個腔的相應參數(shù)和。在束腰部，相應的復光束多數(shù)和均為純虛數(shù)(因為在這里，波陣面的曲率半徑為無限大)。由下式表示。對入射光束： ； 對出射光束：，；由高斯光束薄透鏡變換公式有： ，將其化簡并按照虛部實部分開，得：，將和代入上面兩式： （1） （2）將（2）式代入（1）式可得：，其中如果兩個腔的位置已經(jīng)固定，即兩個腰斑之間的距離：可以得到：將上式兩邊平方，并令：，得：這就是之間的關(guān)系。六、圓形鏡穩(wěn)定腔He-Ne激光器輸出光強分布特性。（N=0.5,0.75,1.0）可以證明，當腔的菲涅爾數(shù)時，圓形鏡共焦腔自再現(xiàn)模由下述拉蓋爾-高斯函數(shù)所描述：式中為鏡面上的極坐標；為

12、歸一化常數(shù)；為共焦腔長（鏡的焦距）；為締合拉蓋爾多項式。相應的本征值：光在激光諧振腔中振蕩的特定形式稱為激光的模式。它包括縱模和橫模2種。前者代表激光器輸出頻率的個數(shù)，后者代表激光束橫截面的光強分布規(guī)律。根據(jù)模的數(shù)目，縱模又分為單縱模和多縱模；橫模也分為基模和高階模。一個理想激光器的輸出應該只包含單縱摸和基模，這樣的激光才能充分體現(xiàn)極好的單色性、方向性和相干性。其光束的光強分布呈單一的高斯分布。但實際上，大多數(shù)激光器都是多模運轉(zhuǎn)的，其光束的光強分布是不均勻的，呈現(xiàn)出多峰值現(xiàn)象。激光的模式結(jié)構(gòu)雖然受多種因素影響，但諧振腔的結(jié)構(gòu)和性能是主要的控制因素。光在諧振腔內(nèi)往返振蕩的過程中，諧振腔兩端的反射

13、鏡邊緣會引起圓孔衍射。由于這種多次的衍射效應導致光束在橫截面上的光強分布變得不均勻。將激光束投到屏上，我們可以發(fā)現(xiàn)光斑中有1個或多個亮點。只有1個亮點的叫做基模，記作；2個或2個以上亮點的叫做高階?；蚨鄼M模。模沿幅角方向的節(jié)線數(shù)目為，沿徑向的節(jié)線數(shù)目為，各節(jié)線圓沿方向不是等距分布的。圖5為某些激光橫模的光強分布。圓形鏡激光橫模的光強分布設有如圖6所示的諧振腔，腔長為，反射鏡的直徑，為腔內(nèi)傳播的是一高斯光束，該光束在鏡面上的電矢量振幅A的分布為：而光強的分布為：這種由于衍射效應使光束向邊緣處彌散而形成的光能量損耗稱為衍射損耗設初始光強為，腔內(nèi)往返一周后，光強衰減到，則定義平均單程功率損耗率為：,

14、估算諧振腔的單程衍射損耗為：，式中為菲涅爾數(shù)。衍射損耗與的關(guān)系比較復雜，通常將計算結(jié)果畫成曲線圖。圖7畫出了圓截面共焦腔和圓截面平行平面鏡腔的曲線。橫坐標為數(shù)，縱坐標為單程衍射損耗。由圖利用上式可以計算出光強。圓截面平行平面腔圓截面共焦腔1101000.61.01.41241040110100TEM01TEM00圓截面平行平面腔衍射損耗與關(guān)系七、擴束系統(tǒng)擴束系統(tǒng)能夠改變激光光束直徑和發(fā)散角。在激光測距中，必須通過擴束鏡最大限度地改善激光的準直度才能得到理想的遠距離測量效果；通過擴束鏡能改變光束直徑以便用于不同的光學儀器設備。從激光器發(fā)出的激光束具有一定的發(fā)散角，對于激光加工來說，只有通過擴束鏡

15、的調(diào)節(jié)使激光光束變?yōu)闇手保ㄆ叫校┕馐?，才能利用聚焦鏡獲得細小的高功率密度光斑。 圖8如圖，透鏡1將在焦平面入射的激光束散射為束腰為,分散角為。 （1）是激光束入射到的半徑，是和出射束腰之間的距離。是透鏡的焦距。束腰以更長的焦距射到透鏡后焦平面。以為束腰的高斯光束將由光束擴展器進行準直，高斯光束在光束擴展器作用下的準直率：其中，經(jīng)過光束擴展器后的束腰和分散角分別為： （2）將（1）代入（2）中：從這些式子可以看出，高斯光束的準直率不僅僅與擴束系統(tǒng)有關(guān)，還與激光束的位置、參數(shù)以及透鏡性質(zhì)有關(guān)。光束質(zhì)量判定：光學傳遞函數(shù)（OTF）：以空間頻率為變量的傳遞的像的調(diào)制度和相移的函數(shù)稱為光學傳遞函數(shù)。數(shù)學

16、表達式：，OTF的模部分為調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF), OTF的輻角部分為位相調(diào)制傳遞函數(shù)(PTF)。表征內(nèi)容：OTF描述了非相干系統(tǒng)的成像性質(zhì)。調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）：描述的是光學系統(tǒng)傳遞對比度的能力.數(shù)學表達式：，式中，為像的調(diào)制度，為物的調(diào)制度。表征內(nèi)容：OTF的模部分為調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)，決定光學系統(tǒng)成像質(zhì)量的主要取決于MTF。點擴散函數(shù)(PSF)：光學系統(tǒng)的理想狀態(tài)是物空間一點發(fā)出的光能量在像空間也集中在一點上，但實際的光學系統(tǒng)成像時，物空間一點發(fā)出的光在像空間總是分散在一定的區(qū)域內(nèi)，其分布的情況稱為點擴散函數(shù)(PSF)。數(shù)學表達式：根據(jù)光學系統(tǒng)的傅里葉變換特性，點擴散函數(shù)PSF可直

17、接由波差計算得到式中，為點振幅分布函數(shù)，C為常數(shù)，為光學系統(tǒng)的口徑，為光學系統(tǒng)的焦距，取單位圓中的規(guī)一化坐標。則點擴散函數(shù)為 一般使PSF規(guī)一化，即 表征內(nèi)容：對一般光學系統(tǒng)，通常選擇理想物點位于光軸上的無窮遠處，即采用平行光入射被測光學系統(tǒng)的方法，這時所要考察的像方焦點的分布即為點擴散函數(shù)PSF。表面形貌的最大峰谷值(PV)數(shù)學表達式：表征內(nèi)容：峰谷之間的差值RMS表面形貌的均方根值數(shù)學表達式：，式中，是單次測值。，N是重復測定次數(shù)。表征內(nèi)容：峰谷之間的均方根光束衍射倍率因子()：實際光束的腰斑半徑與遠場發(fā)射角的乘積和基模高斯光束的腰斑半徑與遠場發(fā)射角的乘積的比值。數(shù)學表達式：，, (方鏡)

18、, (圓鏡).表征內(nèi)容：基模高斯光束具有最小的值(),其光腰半徑和發(fā)散角也最小,達到衍射極限高階、多模高斯光束或其他非理想光束(如波前畸變)的值均大于1. 值可以表征實際光束偏離衍射極限的程度,因此被稱為衍射倍率因子. 值越大,光束衍射發(fā)散越快。衍射極限倍數(shù)（）：實際激光束的遠場發(fā)散角與理想光束的遠場發(fā)散角的比值數(shù)學表達式：理想光束的遠場發(fā)散角，實際激光束的遠場發(fā)散角用透鏡下的光斑直徑表示：，。表征內(nèi)容：與發(fā)射光束性質(zhì)和發(fā)射系統(tǒng)像差有關(guān)。遠場發(fā)散角（）：激光束并不嚴格平行，而是具有一定的發(fā)散度，滿足條件：的遠場情況下，光束的發(fā)散角稱為遠場發(fā)散角。數(shù)學表達式：表征內(nèi)容：只要測得束腰光束半徑，就能

19、計算出發(fā)散角。實際測量遠場發(fā)散角時，不可能在無窮遠處進行，只能采用近似的方法測出距束腰足夠遠處的光束發(fā)散角。八、微透鏡器件基本原理和參數(shù)選取基本參數(shù)：數(shù)值孔徑：0.5；總口徑：=10.7mm；焦距：15mm；入射波長：0.6328m；為32*32陣列。每個子透鏡尺寸：（0.325/2）²²1、微透鏡陣列器件工作原理微透鏡列陣是由通光孔徑及浮雕深度為微米級的透鏡組成的列陣，它不僅具有傳統(tǒng)透鏡的聚焦、成像等基本功能，而且具有單元尺寸小、集成度高的特點，使得它能夠完成傳統(tǒng)光學元件無法完成的功能，并能構(gòu)成許多新型的光學系統(tǒng)。 微選鏡列陣可分為折射型微透鏡列陣與衍射型微透鏡列陣兩類。

20、衍射微透鏡列陣利用其表面波長量級的三維浮雕結(jié)構(gòu)對光波進行調(diào)制、變換，具有輕而薄、設計靈活等特點。作為功能元件，在波前傳感、光聚能、光整形等多種系統(tǒng)可得到廣泛應用。 微透鏡陣列將一個完整的激光波前在空間上分成許多微小的部分, 每一部分都被相應的小透鏡聚焦在焦平面上, 一系列微透鏡就可以得到由一系列焦點組成的平面。如果激光波前為理想的平面波前, 那么在微透鏡陣列焦平面上就可以得到一組均勻而且規(guī)則的焦點分布；然而實際的激光波前并不是理想的平面波前, 它們或多或少地帶有一些畸變, 用微透鏡陣列聚焦后, 焦點不再是均勻分布, 而是與理想的焦點發(fā)生了位移。2、光電探測器件與微透鏡器件位置的確定利用像散元件

21、(如柱面鏡) 產(chǎn)生的像散, 在焦點附近像散光束出現(xiàn)軸向不對稱性, 在最佳焦點的兩邊出現(xiàn)水平方向或垂直方向的像散線。把被測點離焦量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楣獍卟煌较蚬饽艿淖兓? 經(jīng)過光電探測元件探測, 就可以得到離焦量像散法原理如圖10所示：OOO(a)正焦(c)遠焦(b)近焦將光電探測器放在合適位置, 使之在正焦時, 光斑在其上為圓形, 而在不同離焦情況下, 探測器上的光斑形狀發(fā)生不同的變化. 將探測單元分為一個以分離線分離的四個象限, 若四個象限接受的光強分別為. 設探測單元歸一化輸出信號S為：3、光斑質(zhì)心坐標計算知道光腰尺寸0 D 和實際發(fā)散角 ，設計者就能通過下述公式得出任何沿Z 軸傳播光束的光斑

22、直徑：將上述結(jié)果和薄透鏡公式或光線軌跡方程相結(jié)合，就可以對高斯光束或混合模式光束進行建模。這將節(jié)省設計周期，節(jié)約時間和費用。從非數(shù)值采樣方法得到的分析結(jié)果會對激光束得出許多不同結(jié)論，但通過光束輪廓可以得出光束直徑的數(shù)值采樣。光束的XY 掃描或二維陣列圖像可以提供量化的光斑形狀以及橢圓率。質(zhì)心坐標可由下式計算出：其中， 是子孔徑內(nèi)坐標處的像素灰度值；分別是像素在子孔徑的和方向的坐標。由上式可得到光斑的質(zhì)心。下面是平面波和非平面波通過微透鏡陣列成像在光電探測器上的圖像分布：偵測器正面微透鏡陣列偵測器理想波前偵測器正面微透鏡陣列偵測器待測波前九、光電探測器件1、器件種類：可以分為真空光電器件、光電導

23、器件及光伏器件三大類光電探測器。（1）、真空光電器件真空光電管由玻殼、光電陰極和陽極三部分組成。為了防止氧化，將管內(nèi)抽成真空。光電陰極即半導體光電發(fā)射材料，涂于玻殼內(nèi)壁，受光照時，可向外發(fā)射光電子。陽極是金屬環(huán)或金屬網(wǎng)，置于光電陰極的對面，加正的高電壓，用來收集從陰極發(fā)射出來的電子。優(yōu)點：光電陰極面積大，靈敏度較高，一般積分靈敏度可達20200A/lm；暗電流小，最低可達10-14A；光電發(fā)射弛豫過程極短。缺點：真空光電管一般體積都比較大、工作電壓高達百伏到數(shù)百伏、玻殼容易破碎等。（2）、光電導器件半導體光電導器件是利用半導體光電導效應制成的器件，所謂光電導效應是指受到光輻射后材料的電導率發(fā)生

24、變化。典型的光電導器件為光敏電阻。只有能量（h）大于材料禁帶寬度（Eg）的光子，才能使材料產(chǎn)生光電導效應。每一種半導體或絕緣體都有一定的光電導效應，但只有其中一部分材料經(jīng)過特殊處理，摻進適當雜質(zhì)，才有明顯的光電導效應。現(xiàn)在使用的光電導材料有-族、-族化合物，硅、鍺等，以及一些有機物。光敏電阻的結(jié)構(gòu)是在一塊光電導體兩端加上電極，貼在硬質(zhì)玻璃、云母、高頻瓷或其它絕緣材料基板上，兩端接有電極引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)。光敏面作成蛇形，電極作成梳狀是因為這樣即可以保證有較大的受光表面，也可以減小電極之間距離，從而既可減小極間電子渡越時間，也有利于提高靈敏度。 光敏電阻的重要特點是，光譜響應

25、范圍寬，測光范圍寬，靈敏度高，無極性之分。但由于材料不同，在性能上差別較大。使用中應注意： 1）當用于模擬量測量時，因光照指數(shù)與光照強弱有關(guān)，只有在弱光照下光電流與入射輻射通量成線性關(guān)系。2）用于光度量測試儀器時，必須對光譜特性曲線進行修正，保證其與人眼的光譜光視效率曲線符合。 3）光敏電阻的光譜特性與溫度有關(guān)，溫度低時，靈敏范圍和峰值波長都向長波方向移動，可采取冷卻靈敏面的辦法來提高光敏電阻在長波區(qū)的靈敏度。4）光敏電阻的溫度特性很復雜，電阻溫度系數(shù)有正有負，一般說，光敏電阻不適于在高溫下使用，溫度高時輸出將明顯減小，甚至無輸出。 5）光敏電阻頻帶寬度都比較窄，在室溫下只有少數(shù)品種能超過10

26、00Hz，而且光電增益與帶寬之積為一常量，如要求帶寬較寬，必須以犧牲靈敏度為代價  6）設計負載電阻時，應考慮到光敏電阻的額定功耗，負載電阻值不能很小。  7）進行動態(tài)設計時，應意識到光敏電阻的前歷效應。（3）、光伏器件利用半導體PN結(jié)光伏效應制成的器件稱為光伏器件，也稱結(jié)型光電器件。這類器件品種很多，其中包括各種光電池、光電二極管、光電晶體管、光電場效應管、PIN管、雪崩光電二極管、光可控硅、陣列式光電器件、象限式光電器件、位置敏感探測器（PSD）、光電耦合器件等。光電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個PN結(jié)。按材料分，有硅、硒、硫化鎘、砷化鎵和無定型材料的光電池等。按結(jié)構(gòu)分，有同質(zhì)結(jié)

27、和異質(zhì)結(jié)光電池等。光電池中最典型的是同質(zhì)結(jié)硅光電池。國產(chǎn)同質(zhì)結(jié)硅光電池因襯底材料導電類型不同而分成2CR系列和2DR系列兩種。光電二極管和光電池一樣，其基本結(jié)構(gòu)也是一個PN結(jié)。它和光電池相比，重要的不同點是結(jié)面積小，因此它的頻率特性特別好。光生電勢與光電池相同，但輸出電流普遍比光電池小，一般為數(shù)微安到數(shù)十微安。按材料分，光電二極管有硅、砷化稼、銻化錮、鈰化鉛光電二極管等許多種。按結(jié)構(gòu)分，也有同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)之分。其中最典型的還是同質(zhì)結(jié)硅光電二極管。其使用中應注意： 1）極性結(jié)型器件都有確定的極性，如要加電壓使用時，光電結(jié)必須加反向電壓，即P端與外電源的低電位相接。2）使用時對入射光強范圍的選擇應

28、視用途而定。用于開關(guān)電路或邏輯電路時光照可以強些。用于模擬量測量時，光照不宜過強。因為一般器件都有這樣的性質(zhì)：光照弱些，負載電阻小些，加反偏壓使用時，光電線性好，反之則差。 3）靈敏度主要決定于器件，但也與使用條件和方法有關(guān)，例如光源和接收器在光譜特性上是否匹配；入射光的方向與器件光敏面法線是否一致等。2、探測器件選型綜上，光電探測器件多種多樣，比如有光電管、光電倍增管、光電導探測器件、光伏探測器件和電荷耦合器件等。設計中要求對課件光波段特別是0.6328m激光有很好響應，對1m左右波長有響應。結(jié)合圖像采集卡后，最大采集速率能達到20frames/s。基于本設計考慮，選擇CCD作為光電探測器件。十、程序設計