光電探測(cè)器的發(fā)展現(xiàn)狀及分析

光電探測(cè)器的發(fā)展現(xiàn)狀及分析【摘要】本文主要論述光電探測(cè)器的分類和原理，特性參數(shù)，發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，同時(shí)，簡(jiǎn)單的總結(jié)各類光電探測(cè)器的特點(diǎn)和應(yīng)用，最后，對(duì)于當(dāng)代出現(xiàn)的新型光電探測(cè)器做簡(jiǎn)要的分析說(shuō)明?！娟P(guān)鍵詞】光電探測(cè)器，光電，探測(cè)器，發(fā)展現(xiàn)狀引言光電探測(cè)器是一種利用光電效應(yīng)將輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，是光電系統(tǒng)的重要組成部分。光電探測(cè)器的發(fā)展歷史由來(lái)已久，早在一百八十多年前，人們就已經(jīng)發(fā)明了熱電偶。由于光電探測(cè)器件在國(guó)防和人民生活中有重要的應(yīng)用，其發(fā)展非常迅速。隨著科技的發(fā)展，各種新型光電材料不斷涌現(xiàn)，同時(shí)由于制造工藝的提高，光電探測(cè)器的性能有了很大的改善。隨著激光和紅外技術(shù)的發(fā)展，很多情況下單個(gè)光電探測(cè)器已不能滿足系統(tǒng)需求，因此，陣列（線陣和面陣）光電探測(cè)器應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí)，人們對(duì)光電探測(cè)器提出了更多要求，希望探測(cè)器能集成化，小型化，提高性能，降低成本，提高穩(wěn)定性等。因此，整理現(xiàn)有的光電探測(cè)器為進(jìn)一步的深入研究打下基礎(chǔ)是一項(xiàng)很重要的課題，本文的主要任務(wù)是系統(tǒng)全面的梳理光電探測(cè)器的基本知識(shí)，以期讀者能從中能受到啟發(fā)，對(duì)光電探測(cè)器有個(gè)全面的了解。光電探測(cè)器分類和原理1.1光電探測(cè)器分類第一種分類：按照光電探測(cè)器件的物理效應(yīng)可分為兩類：一類是利用各種光電效應(yīng)的光子探測(cè)器，另一類是利用溫度變化效應(yīng)的熱探測(cè)器；1.光子探測(cè)器光子探測(cè)器的工作原理是基于光電效應(yīng)，入射的光子和材料中的電子發(fā)生相互作用，若產(chǎn)生的光電子逸出材料表面，則稱為外光電效應(yīng)；若產(chǎn)生了被束縛在材料內(nèi)的自由電子或空穴，則稱為內(nèi)光電效應(yīng)。(1)外光電效應(yīng)：光子發(fā)射效應(yīng)；(1)內(nèi)光電效應(yīng)：光電導(dǎo)效應(yīng)，光生伏特效應(yīng)，光磁電效應(yīng)。2.熱探測(cè)器熱探測(cè)器的工作原理是光熱效應(yīng)，材料吸收光輻射后可以產(chǎn)生溫差電效應(yīng)、電阻率變化效應(yīng)、自發(fā)極化強(qiáng)度的變化效應(yīng)、氣體體積和壓強(qiáng)的變化效應(yīng)等等，利用這些效應(yīng)可制作各種熱探測(cè)器。常用的光熱效應(yīng)有：熱釋電效應(yīng)，溫差效應(yīng)，測(cè)輻射熱效應(yīng)。第二種分類：按照光電探測(cè)器件的空間分辨率也可分為兩類：一類是成像器件，另一類是非成像器件。1.成像器件利用光電探測(cè)器件，構(gòu)成圖像傳感器，對(duì)可見光或者紅外光譜進(jìn)行測(cè)量，形成光學(xué)圖像以供處理。主要有CCD和CMOS，廣義上，眼睛也屬于這類探測(cè)器。2.非成像器件所有除成像器件以外的光電探測(cè)器件均可稱為非成像器件，各種熱探測(cè)器和大部分光子探測(cè)器均屬于這一類。1.2光電探測(cè)器原理1．光電子發(fā)射效應(yīng)根據(jù)光的量子理論，頻率為的光照射到材料表面時(shí)，材料中的電子將吸收的光子能量。若電子所增加的能量除了克服與晶格或其它電子碰撞損失的能量外，尚有一定的能量足以克服材料表面的勢(shì)壘w，那么該電子將逸出材料表面進(jìn)入空間。逸出表面的光電子最大動(dòng)能可有愛因斯坦方程描述： 式中：=是光電子動(dòng)能，是光電子質(zhì)量，是光電子離開材料表面的速度，是材料的逸出功。光電子的動(dòng)能與光照強(qiáng)度無(wú)關(guān)，僅隨入射光的頻率增加而增加，臨界情況下，=0即光電子剛能到達(dá)材料表面。此時(shí)的入射光頻率稱為極限頻率==。當(dāng)光頻時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大都不能產(chǎn)生光電子。但是當(dāng)材料能產(chǎn)生光電流，則光電流的大小隨光強(qiáng)的增加而增加。利用光子發(fā)射效應(yīng)的探測(cè)器有：真空光電管、充氣光電管、光電倍增管。其中，應(yīng)用最廣的是光電倍增管，它的內(nèi)部有電子倍增系統(tǒng)，因而有很高的電流增益，能檢測(cè)極微弱的光輻射信號(hào)。2．光電導(dǎo)效應(yīng)入射光與材料相互作用，使束縛態(tài)的電子變成自由態(tài)，產(chǎn)生自由電子或空穴，這時(shí)在外電場(chǎng)作用下，流過(guò)材料的電流會(huì)增加，相當(dāng)于電導(dǎo)增加。光電導(dǎo)效應(yīng)可分為兩類：本征光電導(dǎo)和雜質(zhì)光電導(dǎo)。本征光電導(dǎo)：電子吸收光子能量后，由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，同時(shí)價(jià)帶中產(chǎn)生空穴，在外電場(chǎng)的作用下，電子——空穴對(duì)參與導(dǎo)電，使材料的光電導(dǎo)增加。要產(chǎn)生電子空穴對(duì)，光子的能量至少要和禁帶一樣寬：稱為長(zhǎng)波限，亦即截止波長(zhǎng)，：禁帶寬度。 雜質(zhì)光電導(dǎo)：光子使施主能級(jí)中的電子或者受主能級(jí)中的空穴躍遷到導(dǎo)帶或價(jià)帶，從而使材料的光電導(dǎo)增加。此時(shí)，長(zhǎng)波限由雜質(zhì)的電離能決定，即： 因?yàn)?，所以雜質(zhì)光電導(dǎo)的長(zhǎng)波限比本征光電導(dǎo)的長(zhǎng)波限要長(zhǎng)的多。 利用光電導(dǎo)效應(yīng)的探測(cè)器有：光敏電阻。3．光生伏特效應(yīng)在無(wú)光照時(shí)，P—N結(jié)內(nèi)多數(shù)載流子的漂移形成內(nèi)部自建電場(chǎng)E，當(dāng)有入射光照照射在P-N結(jié)及其附近時(shí)，結(jié)區(qū)及其附近產(chǎn)生少數(shù)載流子，在內(nèi)建電場(chǎng)作用下，少數(shù)載流子漂移，電子漂移到N區(qū)，空穴漂移到P區(qū)，結(jié)果使N區(qū)帶負(fù)電荷，P區(qū)帶正電荷，產(chǎn)生了附加電動(dòng)勢(shì)，又稱為光生電動(dòng)勢(shì)。如果加上反向偏壓，則入射輻射會(huì)使反向電流增加，這時(shí)觀測(cè)到的光電信號(hào)是光電流。加偏壓工作的探測(cè)器也常稱作光電二極管。圖1.P—N結(jié)上的光電激發(fā)圖2.光電導(dǎo)探測(cè)器應(yīng)用利用光伏效應(yīng)的探測(cè)器有：光電池，光電二極管，光電三極管，PIN，APD4．光磁電效應(yīng)磁場(chǎng)可以將光生正負(fù)載流子分離。將半導(dǎo)體樣品放入磁場(chǎng)中，能量足夠的光子入射到樣品上，通過(guò)本征吸收產(chǎn)生電子——空穴對(duì)，其中光生載流子的濃度呈梯度分布，濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散，在擴(kuò)散過(guò)程中受到洛倫茲力偏向兩端，由此形成電勢(shì)差。圖3.光電磁效應(yīng)圖4.自發(fā)極化強(qiáng)度與溫度T的關(guān)系因?yàn)檫@種探測(cè)器工作時(shí)必須使用磁場(chǎng)，很不方便，因此應(yīng)用不多。5.溫差電效應(yīng)當(dāng)由兩種不同材料制成的器件的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)溫差時(shí)，在這兩點(diǎn)間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，兩點(diǎn)間的閉合回路有電流流過(guò)，這就是溫差電效應(yīng)。溫差電效應(yīng)包括塞貝克效應(yīng)，柏耳貼效應(yīng)和湯姆遜效應(yīng)。利用溫差電效應(yīng)的探測(cè)器有：熱電偶。另外，為了增加信號(hào)電壓，熱電偶可串聯(lián)構(gòu)成熱電堆。雖然熱電偶和熱電堆的光電信號(hào)比許多光子探測(cè)器的弱，但是他們堅(jiān)固耐用，不需要電壓偏置，也不需要制冷，因此還有一些應(yīng)用。6.熱釋電效應(yīng)某些晶體，其自發(fā)電極化強(qiáng)度隨溫度的升高而下降的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。當(dāng)溫度升高時(shí)，自發(fā)電極化強(qiáng)度減小，到達(dá)一特定溫度Tc時(shí)，晶體的自發(fā)電極化強(qiáng)度為零，稱晶體發(fā)生相變。Tc稱為居里溫度。外加電場(chǎng)能改變介質(zhì)自發(fā)極化矢量的方向，使無(wú)規(guī)則的極化矢量趨于同一方向，形成單疇極化。移去外加電場(chǎng)后，介質(zhì)仍能保持單疇極化。這樣的介質(zhì)就是熱釋電介質(zhì)。當(dāng)強(qiáng)度調(diào)制過(guò)的光入射到熱釋電晶體時(shí)，引起自發(fā)電極化強(qiáng)度的變化，結(jié)果在垂直于極化方向的晶體兩個(gè)外表面之間出現(xiàn)微小變化的信號(hào)電壓，因此可測(cè)定所吸收的光輻射功率。7.測(cè)輻射熱效應(yīng)當(dāng)吸收光輻射溫度升高時(shí)，金屬的電阻會(huì)增加，而半導(dǎo)體材料的電阻會(huì)降低。從材料電阻變化可測(cè)定被吸收的光輻射功率。材料在超導(dǎo)轉(zhuǎn)換溫度下的電阻值隨溫度變化很大，將超導(dǎo)樣品的環(huán)境溫度保持在略低于轉(zhuǎn)換溫度時(shí)，吸收光輻射產(chǎn)生的微小溫升將引起樣品電阻值的顯著變化。這種變化可以產(chǎn)生相當(dāng)大的輸出電壓。但是由于系統(tǒng)很復(fù)雜，目前還沒(méi)有這類實(shí)用化的探測(cè)器。8.CCD與COMSCCD或者CMOS圖像傳感器可直接將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,可實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。關(guān)于CCD與CMOS器件，將在下一個(gè)大作業(yè)里詳細(xì)論述。2.光電探測(cè)器特性參數(shù) 光電探測(cè)器的種類很多，如何判斷探測(cè)器的優(yōu)劣，以及如何根據(jù)特定的要求恰當(dāng)?shù)剡x擇探測(cè)器，就必須找出能反映光電探測(cè)器的特性參數(shù)。光電探測(cè)器的特性參數(shù)主要有以下幾方面：1.量子效率光電探測(cè)器吸收光子產(chǎn)生光電子，形成光電流。由光子統(tǒng)計(jì)理論得到光電流與每秒入射的光子數(shù)成正比，即： 式中，為轉(zhuǎn)換因子，；量子效率定義為：=，即單位時(shí)間探測(cè)器產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光子數(shù)之比。對(duì)于理想的探測(cè)器=1，即一個(gè)光子產(chǎn)生一個(gè)電子。但實(shí)際上不可能。當(dāng)然，量子效率越高越好。2.響應(yīng)度響應(yīng)度是與量子效率相對(duì)應(yīng)的一個(gè)宏觀參量，，表征探測(cè)器輸出信號(hào)與輸入輻射之間的關(guān)系。包括：（1）電壓響應(yīng)度：入射的光功率所產(chǎn)生的信號(hào)電壓，即：=/。（2）電流響應(yīng)度：入射的光功率所產(chǎn)生的信號(hào)電流，即：=/。3.光譜響應(yīng)度光譜響應(yīng)是光電探測(cè)器響應(yīng)度隨入射光的波長(zhǎng)改變而改變的特性，也稱單色靈敏度，是光電探測(cè)器輸出電壓或輸入電流與入射到光電探測(cè)器上的單色光通量之比，即：（V/W）（A/W）4.響應(yīng)時(shí)間和頻率響應(yīng)是描述光電探測(cè)器對(duì)入射輻射響應(yīng)快慢的一個(gè)參數(shù)。即當(dāng)入射光到光電探測(cè)器后或入射光停止后，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)間稱為響應(yīng)時(shí)間。在躍遷輸入光功率的條件下，光電探測(cè)器輸出電流為 （t）=（）（t）上升到穩(wěn)態(tài)值的0.63倍時(shí)的時(shí)間（即t=）稱為探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。由于探測(cè)器存在惰性，當(dāng)用一定振幅的正弦調(diào)制信號(hào)照射探測(cè)器時(shí)，若調(diào)制頻率低，則響應(yīng)度與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)，若調(diào)制頻率高，則響應(yīng)度隨頻率升高而降低。響應(yīng)度與調(diào)制頻率的關(guān)系：式中：是調(diào)制頻率=0時(shí)的響應(yīng)度，是調(diào)制頻率。當(dāng)R(f)／R0＝0.707時(shí)，可得光電探測(cè)器的上限截止頻率5.噪聲等效功率（NEP）選擇探測(cè)器似乎響應(yīng)度越大越好，但是在探測(cè)極其微弱的信號(hào)時(shí)，限制探測(cè)器能力的不是響應(yīng)度，而是噪聲。一般的，使探測(cè)器的輸出電壓正好等于噪聲電壓時(shí)的入射光功率，稱為等效噪聲功率，即：S/N是信噪比。顯然，NEP越小，噪聲越小，光電探測(cè)器件的性能越好。6.探測(cè)率和比探測(cè)率定義=1/NEP，NEP表示最小可探測(cè)功率，其值越小越好，相反，表示探測(cè)器的探測(cè)能力，其值越大越好?？梢员硎境桑?但是，僅根據(jù)探測(cè)率還不能比較不同探測(cè)器的優(yōu)劣，因?yàn)椋牧辖Y(jié)構(gòu)相同的光電探測(cè)器，若光敏面不同，測(cè)量帶寬不同，則也不同。因此有必要對(duì)進(jìn)行歸一化處理，即得到比探測(cè)率：7.線性度 線性度是指光電探測(cè)器的輸出光電流（或者光電壓）與輸入光功率成比例的程度和范圍。在規(guī)定的范圍內(nèi)，輸出電量必須精確的正比于輸入光功率。，這一規(guī)定的范圍稱為線性區(qū)。線性度是輻射功率的復(fù)雜函數(shù)，是指器件中的實(shí)際響應(yīng)曲線接近擬合直線的程度，用非線性誤差來(lái)度量 式中Δmax為實(shí)際響應(yīng)曲線與擬合直線之間的最大偏差；I1、I2分別為線性區(qū)中最小和最大的響應(yīng)值。在光電檢測(cè)技術(shù)中，線性度是應(yīng)認(rèn)真考慮的問(wèn)題之一，應(yīng)結(jié)合具體情況進(jìn)行選擇和控制。3.光電探測(cè)器的特點(diǎn)和應(yīng)用光電探測(cè)器是光電探測(cè)系統(tǒng)的核心，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的功能，以及光電探測(cè)器的原理，特性參數(shù)，使用環(huán)境，注意事項(xiàng)等，選擇合適的光電探測(cè)器至關(guān)重要。下面以光電探測(cè)器件為中心，簡(jiǎn)單總結(jié)每種探測(cè)器的特點(diǎn)和應(yīng)用。3.1外光電效應(yīng)器件3.1.1真空光電管特點(diǎn)：=1\*GB3①擋光作用小，受光面積大，對(duì)聚焦光斑的大小要求不嚴(yán)格； =2\*GB3②光電子路程相同，渡越時(shí)間一致，極間電容小，高頻特性好； ③可承受較大電流，線性度好④收集光電子效率低，靈敏度低，體積大，易破損；應(yīng)用：光功率測(cè)量，光信號(hào)記錄，電影電視，紫外——可見分光光度計(jì)。3.1.2光電倍增管特點(diǎn)：①光譜響應(yīng)寬，靈敏度高； ②低功耗，低噪聲，高分辨率；③要求工作電壓非常穩(wěn)定，入射光功率不能太高④需要金屬外殼屏蔽干擾，體積較大。應(yīng)用：光子計(jì)數(shù)，極微弱光探測(cè)，極低能射線探測(cè)，生化分析儀器，掃描電鏡。圖5.真空光電管圖6.光電倍增管13.2內(nèi)光電效應(yīng)器件3.2.1光敏電阻特點(diǎn)：①價(jià)格低，體積小，質(zhì)量輕，機(jī)械強(qiáng)度高，抗過(guò)載能力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)；②靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬；工作電流大； ③易飽和，受溫度影響大，頻率特性差。應(yīng)用：光控開關(guān)，紫外、紅外、可見光探測(cè)器圖7.光敏電阻圖8.光電二極管3.2.2光電二極管特點(diǎn)：①體積小，頻率特性好性好； ②靈敏度高，工作頻率寬，響應(yīng)速度快； ③定向性探測(cè)，光譜響應(yīng)在可見光和紅外； ④PIN輸出電流小； ⑤APD受溫度影響大，穩(wěn)定性差應(yīng)用：光纖通信，激光測(cè)距，微弱信號(hào)探測(cè)，3.2.3光電三極管特點(diǎn)：①光電流和靈敏度比光電二極管高； ②線性度差，易飽和 ③頻率特性和溫度特性差應(yīng)用：光電控制，光電開關(guān)，光電邏輯元件，不適合做光電探測(cè)。圖9.光電三極管1圖10.光電三極管23.3熱探測(cè)器件3.3.1熱釋電器件特點(diǎn)：①頻率響應(yīng)寬，時(shí)間常數(shù)小，探測(cè)率高；②大面積均勻敏感面，受環(huán)境溫度影響?。?③極間電容大，不適合高速探測(cè)。應(yīng)用：紅外探測(cè)。3.3.2熱敏電阻特點(diǎn)：①價(jià)格便宜，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可測(cè)點(diǎn)溫度； ②溫度系數(shù)大，靈敏度高； ③使用方便，壽命長(zhǎng)； ④互換性差，非線性嚴(yán)重；應(yīng)用：測(cè)量，控制。圖11.熱釋電探測(cè)器圖12.熱敏電阻光電探測(cè)器總的選擇匹配原則是：1.光電探測(cè)器和輻射信號(hào)源及光學(xué)系統(tǒng)在光譜特性上相匹配；2.光電探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換特性和入射輻射能量相匹配；3.光電探測(cè)器和光信號(hào)的調(diào)制形式、信號(hào)頻率及波形相匹配；4.光電探測(cè)器和輸入電路的電氣特性相匹配4.光電探測(cè)器的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀最早用來(lái)探測(cè)可見光輻射和紅外輻射的光輻射探測(cè)器是熱探測(cè)器。其中，熱電偶早在1826年就已發(fā)明出來(lái)。1880年又發(fā)明了金屬薄膜測(cè)輻射計(jì)。1947年制成了金屬氧化物熱敏電阻測(cè)輻射熱計(jì)。1947年又發(fā)明了氣動(dòng)探測(cè)器。經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)和發(fā)展，這些光輻射探測(cè)器日趨完善，性能也有了較大的改進(jìn)和提高。從五十年代開始人們對(duì)熱釋電探測(cè)器進(jìn)行了一系列研究工作，發(fā)現(xiàn)它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，一度使這個(gè)領(lǐng)域研究很活躍。但是，與光子探測(cè)器相比，這些光輻射探測(cè)器的探測(cè)率仍較低，時(shí)間常數(shù)也較大。應(yīng)用廣泛的光子探測(cè)器，除了發(fā)展最早、技術(shù)上也最成熟、響應(yīng)波長(zhǎng)從紫光到近紅外的光電倍增管以外，硅和鍺材料制作的光電二極管、鉛錫、Ⅲ～Ⅴ族化合物、鍺摻雜等光輻射探測(cè)器，目前均已達(dá)到相當(dāng)成熟的階段，主要性能已接近理論極限。1970年以后又出現(xiàn)了一種利用光子牽引效應(yīng)制成的光子牽引探測(cè)器。其主要用于CO2激光的探測(cè)。八十年代中期，出現(xiàn)了利用摻雜的GaAs/AlGaAs材料、基于導(dǎo)帶躍遷的新型光探測(cè)器——量子阱探測(cè)器。這種器件工作于8～12μm波段，工作溫度為77K。現(xiàn)在，光電探測(cè)器的發(fā)展主要集中在紅外，美國(guó)已開始研制第三代紅外探測(cè)器，并提出了第三代紅外熱像儀的概念，主要是雙色或三色高性能、高分辨率、制冷型熱像儀和智能焦平面陣列探測(cè)器。因此紅外探測(cè)技術(shù)較長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)是開發(fā)出第三代。由于紅外探測(cè)器技術(shù)的不斷完善，從探測(cè)器芯片上提升技術(shù)已相當(dāng)困難。為進(jìn)一步提高性能，人們現(xiàn)在把注意力轉(zhuǎn)到紅外探測(cè)器的信號(hào)讀出集成電路（ROIC）上。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和集成電路的發(fā)展，ROIC已有很大的進(jìn)展，中規(guī)模的紅外焦平面陣列和相應(yīng)的讀出電路在20世紀(jì)90年代已形成生產(chǎn)規(guī)?！，F(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家正在研制用于大規(guī)模焦平面陣列（三代器件）、有多種功能的ROIC和智能化焦平面陣列。智能化焦平面陣列是片上處理系統(tǒng)，在光敏芯片上模仿動(dòng)物的視網(wǎng)膜功能，對(duì)光-電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)作預(yù)處理，然后再輸出數(shù)據(jù)。這個(gè)過(guò)程雖然不屬于直接接收光信號(hào)的過(guò)程，但對(duì)光電探測(cè)器的綜合性能有極大影響。5.新型光電探測(cè)器介紹諧振腔增強(qiáng)型光電探測(cè)器（ResonantCavityEnhancedPhotodetector,RCEP）RCEP的基本結(jié)構(gòu)是將吸收層插入到諧振腔當(dāng)中。由于諧振腔的增強(qiáng)效應(yīng)使其在較薄的吸收層下獲得較高的量子效率，同時(shí)減少了光生載流子在吸收層的渡越時(shí)間，提高了器件的響應(yīng)速度，因而能夠解決傳統(tǒng)探測(cè)器量子效率和響應(yīng)速度之間的相互制約矛盾。這種諧振腔增強(qiáng)型光探測(cè)器將光學(xué)濾波器和光電探測(cè)器通過(guò)F-P微腔巧妙地集成在一起，其獨(dú)特結(jié)構(gòu)解決了普通光探測(cè)器量子效率與載流子渡越時(shí)間相互制約的問(wèn)題，使其在量子效率和響應(yīng)速度方面獲得很大改進(jìn)。其具有的波長(zhǎng)選擇特性，使這種新型器件可廣泛應(yīng)用于光探測(cè)器、光調(diào)制器、發(fā)光二極管等多種光電器件。量子點(diǎn)紅外光電探測(cè)器（QDIP）量子點(diǎn)紅外光電探測(cè)器（QDIP）可以用成熟的常規(guī)GaAs工藝制備，近年來(lái)受到人們的廣泛關(guān)注。它不僅能夠探測(cè)正入射光，而且還能在較高的溫度下工作。這些都是量子阱紅外光電探測(cè)器（QWIP）所難以比擬的。日本國(guó)防部技術(shù)研究與發(fā)展研究所電子系統(tǒng)研究中心通過(guò)與富氏實(shí)驗(yàn)室有限公司等單位合作，用以分子束外延方法生長(zhǎng)的自組裝量子點(diǎn)多層膜研制出了一種256×256像素長(zhǎng)波紅外QDIP焦平面陣列。該紅外焦平面陣列的像元間隔為40μm，讀出電路采用直接注入式輸入結(jié)構(gòu)，積分時(shí)間為8ms，幀速為120Hz，F(xiàn)數(shù)為2.5，工作溫度為80K，為了評(píng)價(jià)該紅外焦平面陣列的性能，研究人員將其裝在一個(gè)集成探測(cè)器制冷機(jī)組件內(nèi)，在80K溫度下對(duì)其輸出進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果顯示，該陣列的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為10.3μm，噪聲等效溫差為87mK。集成魚眼光學(xué)部件的紅外探測(cè)器以前，導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)只能通過(guò)使用獨(dú)立的光學(xué)元部件來(lái)提供360°成像的?，F(xiàn)在采用內(nèi)置的360°成像技術(shù)，這種新型紅外探測(cè)器可以減小導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)的光學(xué)傳感器尺寸，同時(shí)使其變得更堅(jiān)固。將360°成像透鏡直接集成到紅外探測(cè)器中，可以減少光學(xué)部件數(shù)量、提高相機(jī)的光學(xué)透過(guò)率，提高相機(jī)的靈敏度。同時(shí)，將成像透鏡嵌入冷卻室可以最大限度地減少雜散光，使熱響應(yīng)和背景電流變得更加穩(wěn)定，因此無(wú)需再進(jìn)行非均勻性校正。硅基雪崩光電探測(cè)器2008年12月7日，英特爾公司宣布其研究團(tuán)隊(duì)在硅光電子學(xué)領(lǐng)域取得了又一項(xiàng)重大的技術(shù)突破，成功使用基于硅的雪崩光電探測(cè)器（Silicon-basedAvalanchePhotodector）實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)世界紀(jì)錄的高性能，這款雪崩光電探測(cè)器使用硅和CMOS工藝實(shí)現(xiàn)了有史以來(lái)最高的340GHz“增益-帶寬積”，這為降低40Gbps或更高數(shù)據(jù)傳輸速度的光學(xué)鏈路的成本開啟了大門，同時(shí)也第一次證