3.6探測器性能比較

3.6.1單元光電探測器的性能及應(yīng)用比較

3.6.2光電成像器件性能及應(yīng)用比較

為了在設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)選擇探測器時(shí)綜合參考，將各類光電探測器的性能和應(yīng)用范圍作一簡要的比較；注意：由于實(shí)際工程測量和科學(xué)研究所需解決的問題干差萬別，以致對光電系統(tǒng)所需的性能參量各有側(cè)重。本節(jié)將以光電探測器的一些基本參量對各類探測器作一比較。3.6.1單元光電探測器性能及應(yīng)用比較

(a)(b)(4)(PE-PhotoEmission)(PMT-PhotoMultiplierTube)(PC-Photoconductive)(PV-PhotoVoltaic)(SBD－SchottkyBarrierPhotoDiode)(PEM-photoelectromagnetic)(photondrageffective)(Bolometer)PositiveTemperatureCoefficient(seebeckeffect)Pyroelectricsensor(MCP-MicrochannelPlates)(Dynode)(APD－AvalanchePhotoDiode)thermocouples&thermopileNegativeTemperatureCoefficientSolarcell（photocell）PhotoDiodephotoconductor(imageintensifiers)

設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮前置放大器的設(shè)計(jì)，為了獲得低噪聲前置放大器，必須了解探測器內(nèi)阻值，以便根據(jù)最佳源電阻匹配原則選擇低噪聲放大器，以得到最大的輸出信噪比。一般按探測器內(nèi)阻高低可分為三類：

(1)低阻探測器：內(nèi)阻低于1000。

(2)中阻探測器：內(nèi)阻在100Ω一lMΩ之間。

(3)高阻探測器：內(nèi)阻高于1MΩ

一、典型探測器內(nèi)阻值比較二、光電探測器的光譜響應(yīng)范圍比較光電探測器的光譜響應(yīng)范圍主要由制作器件的材料決定，在前幾節(jié)對各種器件的光譜響應(yīng)范圍已作詳細(xì)介紹，這里可綜合歸納其基本要點(diǎn)：1．熱電探測器的光譜響應(yīng)范圍最寬，從可見光到遠(yuǎn)紅外波段(0.4～100μm)都有平坦的光譜響應(yīng)，它們的光譜響應(yīng)范圍主要取決于器件的窗口材料，常用的光學(xué)窗口材料有：一般光學(xué)玻璃(300～800nm)；石英玻璃(0.26～3.5μm)；鍺(1.7～23μm)；KRS—5(碘化鉈—溴化鉈)(0.5～50μm)。2．光子探測器是對波長響應(yīng)有選擇性的探測器。它們的響應(yīng)范圍由材料自身特性決定。光譜響應(yīng)范圍在可見光及近紅外波段，最重要的材料有：硒(350一700nm，λp為570nm)、硅(400—1100nm，λp為850nm)，光譜響應(yīng)范圍在紅外波段的材料很多，但它們的共同特點(diǎn)是一般要在低溫下工作(多數(shù)在液氮溫度77K下工作)。三、探測器響應(yīng)頻率比較各種探測器響應(yīng)頻率特性都是由探測器的工作機(jī)制所決定的，各類探測器的響應(yīng)時(shí)間見表3.3，一般規(guī)律：熱電探測器(除熱釋電探測器外)響應(yīng)頻率最低，一般只能達(dá)幾千Hz，其中熱電偶響應(yīng)頻率在100Hz范圍內(nèi)；PC探測器響應(yīng)頻率次之，一般在幾MHz范圍內(nèi)；PV探測器響應(yīng)頻率比PC探測器高，可達(dá)到幾百M(fèi)Hz，PIN管響應(yīng)頻率最高，可達(dá)GHz。四、光電特性比較光電特性直線性是指當(dāng)加在光電探測器的偏置電壓、負(fù)載電阻等參量不變時(shí)，探測器輸出電壓(電流)值與入射在探測器上的光照度的線性關(guān)系。對于光度測量和輻射度測量來說是一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)。一般地：光電導(dǎo)探測器的光電特性直線性最差；光伏探測器較好；光電倍增管的光電特性直線性最好。

五、入射光功率范圍比較入射光功率范圍是指探測器所能探測到的最低光功率和最高光功率。一般探測器的入射光功率范圍在10-7W到0.1W量級。作為特殊情況，在探測極微弱的可見光信號時(shí)多采用光電倍增管，其入射光功率范圍在10-9～10-3W內(nèi)；APD在10-7～10-5W范圍內(nèi)；探測高能量激光功率時(shí)多采用光子牽引探測器和熱電偶。

六、外加偏置電壓比較除熱電偶、光電池、光子牽引探測器以外，大部分光電探測器都需要外加偏置電壓才能形成光電流(電壓)；一般偏置電壓都在幾伏到幾十伏范圍，可以由整個(gè)光電系統(tǒng)的供電電路統(tǒng)一供電，比較方便。光電倍增管的外加直流電壓在600～3000v范圍；供電電路必須另外單獨(dú)提供，給使用這類探測器帶來不便；APD外加直流偏置電壓在100～200V，供電電路也須單獨(dú)提供。七、探測率D*大小的比較探測率D*包含了探測器噪聲特性，因此它是衡量一個(gè)探測器性能的綜合性指標(biāo)。從總體上看：熱電探測器的D*值最低，PC探測器的D*值次之，PV探測器的D*值最高。由于光電倍增管具有很高的內(nèi)增益，在紫外和可見光波段探測微弱光信號方面仍是其它固體探測器所不能替代的。

八、工作環(huán)境及穩(wěn)定性比較探測可見光波段的硅光電探測器、CdS，CdSe光敏電阻以及熱電偶對工作環(huán)境沒有特殊要求，而且體積小，穩(wěn)定性比較好，使用方便。光譜響應(yīng)在紅外波段的光電探測器一般都在低溫下工作，需要致冷裝置。如果對所探測的紅外波段信號的靈敏度的要求不是很高時(shí)，一般可采用常溫工作的熱探測器。光電倍增管屬于真空類器件，由于對雜散光、電磁干擾都十分敏感，同對，器件尺寸大，需要防震、防潮，對工作環(huán)境的要求比較苛刻。九、價(jià)格比較硅、CdS、CdSe和制作熱敏電阻的金屬氧化物類的材料均是比較成熟的材料，應(yīng)用范圍寬，制作工藝簡單，因此價(jià)格便宜；應(yīng)用于紅外波段的各類光子探