探測器第一章 概述

探測器第一章概述第1頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六（3）工作溫度許多探測器的性能與它的工作溫度有密切的關系，在給出探測器的性能參數(shù)時需給出探測器的工作溫度。較重要的幾個工作溫度：室溫（295K或300K）、干冰溫度（194.6K）、液氮沸點（77.3K）、液氦沸點（4.2K）。（4）光敏面積和形狀探測器的性能與探測器面積的大小和形狀有關。因此，給出探測器的性能參數(shù)時應給出它的面積。（5）探測器的偏置條件探測器的性能與偏置條件有關，所以在給出探測器的性能參數(shù)時應給出偏置條件。（6）特殊工作條件第2頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六1.3.2主要性能參數(shù)（性能指標）

性能指標可分為實際指標、參考指標。實際指標：指對每個實際探測器直接測量出來的指標。參考指標：對某類探測器折合到標準條件時的指標值。

（1）響應率（響應度）R

響應率R是探測器輸出信號S與探測器的輸入量X之比，即

響應率表征探測器對輻射響應的靈敏度，是探測器的一個重要的性能參數(shù)。（a）根據輸入量的不同，定義不同的響應率（通量響應率、輻照度響應率）。第3頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六（b）電壓響應率（Rv，V/W）和電流響應率（Ri，I/W）。（c）直流響應率（R0）和交流響應率（R(f)

）。

R0

：入射輻射是恒定的，探測器的輸出信號也是恒定的。

R(f)：若入射輻射是交變輻照，探測器的輸出信號也是交變的。

（d）黑體響應率（R(T,f)）和單色響應率（R(λ,f)）。

R(T,f)

：表示對絕對溫度為T的黑體入射輻射，在調制頻率f下測得的響應率。常用的參考輻射源為500K黑體。

R(λ,f)：采用波長為λ的單色光源測得的響應率。第4頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六（2）噪聲等效功率NEP

當輻射在探測器上產生的信號電壓V，恰好等于探測器自身的噪聲電壓VN（即信號噪聲比為1）時，所需投射到探測器上的輻射功率P，即

（a）黑體噪聲等效功率NEP(T,f)

（NEP(T,f,△f)）和光譜噪聲等效功率NEP(λ,f)（NEP(λ,f,△f)）。（b）另一種表示式：第5頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六（3）探測率D、D*、D**（a）探測率D

表示輻照在探測器上的單位輻射功率所獲得的信噪比。探測率越大，表示探測器的探測能力越強。

（b）歸一化探測率D*有由從而表示當探測器的敏感元具有單位面積、放大器的測量帶寬為1Hz時，單位輻射功率所能獲得的信號噪聲比。它消除了探測器面積AD和噪聲等效帶寬△f

的影響，稱為歸一化探測率或比探測率

D*，單位為cm.Hz1/2/W

（或Jones）。

第6頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六*黑體探測率（D*(T,f)）和光譜（單色）探測率（D*(λ,f)）

式中是入射黑體輻射通量（W），E(T,λ)是黑體輻照度（W/cm2）。（c）D**式中Ω是探測器響應單元向擋板或冷屏所張的有效立體角。對于Ω在半角為θ/2的錐形中為常數(shù)的特殊情況（如圖），第7頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六（4）光譜響應

功率相等的不同波長的輻射照在探測器上所產生的信號與輻射波長的關系叫做探測器的光譜響應（等能量光譜響應函數(shù)）。

（a）光譜響應率函數(shù)與總響應率函數(shù)對具有給定的光譜響應率函數(shù)的探測器在總的輸入（例如輻射通量功率P）和總的輸出（例如光電壓V）之間存在下列關系則探測器總響應率（總輸出與總輸入之比）可寫成

第8頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六（b）相對光譜響應和絕對光譜響應探測器的相對光譜響應函數(shù)r(λ)可表示為總響應率的公式可改寫為：式中，R(λ)為絕對光譜響應率，R(λ0)為歸一化波長上的絕對光譜響應率。在光譜響應測量中，一般都是測量相對光譜響應。稱為“光譜匹配系數(shù)”（），并把它解釋為發(fā)生在探測器光譜響應分布和入射通量光譜分布之間的相對覆蓋程度。如圖：式中p(λ)是光源的相對光譜分布。第9頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六（c）光子探測器和熱探測器的光譜響應曲線

實際的截止波長λc：響應率下降到峰值波長的50％處所對應的波長。

第10頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六（5）響應時間探測器的響應時間（也稱時間常數(shù)τ）表示探測器對交變輻射響應的快慢。

決定探測器時間常數(shù)最重要的因素：自由載流子壽命、熱時間常數(shù)和電時間常數(shù)。光電導探測器的響應時間取決于多數(shù)載流子壽命，而光伏和光磁電探測器的響應時間取決于少數(shù)載流子的壽命。

第11頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六探測器受輻照的輸出信號遵從指數(shù)上升規(guī)律。式中，S為輸出信號，S0為一恒定值，τ為響應時間（時間常數(shù)）。當時，除去輻照后輸出信號隨時間下降，如下式所示當時，因此，響應時間的物理意義是：當探測器受紅外輻射照射時，輸出信號上升到穩(wěn)定值的63％時所需要的時間；或去除輻照后輸出信號下降到穩(wěn)定值的37％時所需要的時間。

τ越短，響應越快；τ越長，響應越慢。熱探測器的響應時間長達毫秒量級，光子探測器的時間常數(shù)可小于微秒量級。

第12頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六（6）頻率響應探測器的響應率隨調制頻率變化的關系叫探測器的頻率響應。大多數(shù)探測器，響應率隨頻率的變化如同一個低通濾波器，可表示為式中，R0為低頻時的響應率；R(f)指頻率為f時的響應率。第