光电探测器

应用选择

　　光电探测器件的应用选择，实际上是应用时的一些事项或要点。在很多要求不太严格的应用中，可采用任何一种光电探测器件。不过在某些情况下，选用某种器件会更合适些。例如，当需要比较大的光敏面积时，可选用真空光电管，因其光谱响应范围比较宽，故真空光电管普遍应用于分光光度计中。当被测辐射信号微弱、要求响应速度较高时，采用光电倍增管最合适，因为其放大倍数可达to＇以上，这样高的增益可使其信号超过输出和放大线路内的噪声分量，使得对探测器的限制只剩下光阴极电流中的统计变化。因此，在天文学、光谱学、激光测距和闪烁计数等方面，光电倍增管得到广泛应用。

　　目前，固体光电探测器用途非常广。CdS光敏电阻因其成本低而在光亮度控制（如照相自动曝光）中得到采用；光电池是固体光电器件中具有光敏面积的器件，它除用做探测器件外，还可作太阳能变换器；硅光电二极管体积小、响应快、可靠性高，而且在可见光与近红外波段内有较高的量子效率，困而在各种工业控制中获得应用。硅雪崩管由于增益高、响应快、噪声小，因而在激光测距与光纤通信中普遍采用。

　　为了提高传输效率并且无畸变地变换光电信号，光电探测器不仅要和被测信号、光学系统相匹配，而且要和后续的电子线路在特性和工作参数上相匹配，使每个相互连接的器件都处于的工作状态。现将光电探测器件的应用选择要点归纳如下：

　　①光电探测器必须和辐射信号源及光学系统在光谱特性上相匹配。如果测量波长是紫外波段，则选用光电倍增管或专门的紫外光电半导体器件；如果信号是可见光，则可选用光电倍增管、光敏电阻和Si光电器件；如果是红外信号，则选用光敏电阻，近红外选用Si光电器件或光电倍增管。

　　②光电探测器的光电转换特性必须和入射辐射能量相匹配。其中首先要注意器件的感光面要和照射光匹配好，因光源必须照到器件的有效位置，如光照位置发生变化，则光电灵敏度将发生变化。如光敏电阻是一个可变电阻，有光照的部分电阻就降低，必须使光线照在两电极间的全部电阻体上，以便有效地利用全部感光面。光电二极管、光电三极管的感光面只是结附近的一个极小的面积，故一般把透镜作为光的入射窗，要把透镜的焦点与感光的灵敏点对准。一股要使入射通量的变化中心处于检测器件光电特性的线性范围内，以确保获得良好的线性输出。对微弱的光信号，器件必须有合适的灵敏度，以确保一定的信噪比和输出足够强的电信号。

　　③光电探测器必须和光信号的调制形式、信号频率及波形相匹配，以保证得到没有频率失真的输出波形和良好的时间响应。这种情况主要是选择响应时间短或上限频率高的器件，但在电路上也要注意匹配好动态参数。

　　④光电探测器必须和输入电路在电特性上良好地匹配，以保证有足够大的转换系数、线性范围、信噪比及快速的动态响应等。

　　⑤为使器件能长期稳定可靠地工作，必须注意选择好器件的规格和使用的环境条件，并且要使器件在额定条件下使用。

性能比较

　　在动态特性（即频率响应与时间响应）方面，以光电倍增管和光电二极管（尤其是PIN管与雪崩管）为；在光电特性（即线性）方面，以光电倍增管、光电二极管和光电池为；在灵敏度方面，以光电倍增管、雪崩光电二极管、光敏电阻和光电三极管为。值得指出的是，灵敏度高不一定就是输出电流大，而输出电流大的器件有大面积光电池、光敏电阻、雪崩光电二极管和光电三极管；外加偏置电压的是光电二极管、光电三极管，光电池不需外加偏置；在暗电流方面，光电倍增管和光电二极管最小，光电池不加偏置时无暗电流，加反向偏置后暗电流也比光电倍增管和光电二极管大；长期工作的稳定性方面，以光电二极管、光电池为，其次是光电倍增管与光电三极管；在光谱响应方面，以光电倍增管和CdSe光敏电阻为最宽，但光电倍增管响应偏紫外方向，而光敏电阻响应偏红外方向。

主要特性

　　1．光电特性: I(t)[光电流]＝F(P)[光通量]

　　2．光谱特性: I(t)[光电流]＝F(λ)[入射光波长]

　　3．频率特性: I(t)[光电流]＝F(f)[入射光调制频率]

　　4．伏安特性: I(t)[光电流]＝F(U)[电压]

参数

　　一、有关响应方面的性能参数

　　1. 响应率(Responsivity)R_V或R_I

　　表征探测器将入射光信号转换成电信号的能力

　　电流的响应率R_I:探测器将入射光信号转换成电流信号Ie的能力。

　　电压响应率R_V：探测器将入射光信号转换成电压信号Ve的能力。

　　2.单色灵敏度R_λ --- 波长为l的单色辐射源

　　单色灵敏度:输出的光电流i_λ与波长为λ的入射到探测器的单色辐射光通量P_λ（或照度）之比

　　3.积分灵敏度 --- 复色辐射源

　　表示探测器对连续入射光辐射的反应灵敏程度

　　4. 响应时间

　　描述光电器件对入射辐射响应快慢的参数

　　5. 频率响应度

　　二、有关噪声方面的参数

　　1、 信噪比

　　信噪比是判定噪声大小通常使用的参数。它是在负载电阻RL上产生的信号功率与噪声功率之比，（S――Signal   N――Noise）

　　2. 噪声等效功率（NEP）

　　3. 探测率与比探测率

　　三、其它参数

　　1. 量子效率

　　描述光电转换器件光电转换能力的一个重要参数

　　2.线性度

　　线性度是描述光电探测器输出信号与输入信号保持线性关系的程度。

应用

　　光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。光电导体的另一应用是用它做摄像管靶面。