光電探測(cè)器的性能參數(shù)第1頁，共17頁。光電探測(cè)器的性能參數(shù)

光電系統(tǒng)一般都是圍繞光電探測(cè)器的性能進(jìn)行設(shè)計(jì)的，探測(cè)器的性能由特定工作條件下的一些參數(shù)來表征。第2頁，共17頁。光電探測(cè)器的工作條件

光電探測(cè)器的性能參數(shù)與其工作條件密切相關(guān)，所以在給出性能參數(shù)時(shí)，要注明有關(guān)的工作條件。主要工作條件有：

1．輻射源的光譜分布

2．電路的通頻帶和帶寬

3．工作溫度

4．光敏面尺寸

5．偏置情況第3頁，共17頁。一、有關(guān)響應(yīng)方面的性能參數(shù)

1．響應(yīng)率(或稱響應(yīng)度)Rv或RI2．單色靈敏度3．積分響應(yīng)度4．響應(yīng)時(shí)間

5．頻率響應(yīng)第4頁，共17頁。1．響應(yīng)率(或稱響應(yīng)度)Rv或RI

響應(yīng)率是描述探測(cè)器靈敏度的參量。它表征探測(cè)器輸出信號(hào)與輸入輻射之間關(guān)系的參數(shù)?！穸x：光電探測(cè)器的輸出均方根電壓Vs或電流Is與入射到光電探測(cè)器上的平均光功率之比，即：Rv＝Vs／P(V／W)RI＝Is／P(A／w)Rv和RI稱為光電探測(cè)器的電壓響應(yīng)率和電流響應(yīng)率。測(cè)量響應(yīng)率的輻射源一般是500K的黑體。使用波長(zhǎng)為λ的單色輻射源，則稱為單色響應(yīng)率Rλ●在可見光波段，光電探測(cè)器的響應(yīng)率又稱為光電探測(cè)器的靈敏度，并分為單色靈敏度和積分靈敏度。第5頁，共17頁。2．單色靈敏度●單色靈敏度又叫光譜響應(yīng)度，用Rλ表示，是光電探測(cè)器的輸出電壓或輸出電流與入射到探測(cè)器上單色輻射通量(光通量)之比。即

Rλv=(V／W)

RλI=(A/W)式中，

Φ(λ)為入射的單色輻射通量或光通量。如果Φ(λ)為光通量，則Rλv的單位為V／lm。

第6頁，共17頁。3．積分響應(yīng)度●積分靈敏度表示探測(cè)器對(duì)連續(xù)輻射通量的反應(yīng)程度。對(duì)包含有各種波長(zhǎng)的輻射光源，總光通量為：

●光電探測(cè)器輸出的電流或電壓與入射總光通量之比稱為積分響應(yīng)度。第7頁，共17頁?！裼捎诠怆娞綔y(cè)器輸出的光電流是由不同波長(zhǎng)的光輻射引起的，所以輸出光電流為：

可得積分響應(yīng)度為：

式中，、、分別為光電探測(cè)器的長(zhǎng)波限和短波限。由于采用不同的輻射源，甚至具有不同色溫的同一輻射源所發(fā)生的光譜通量分布也不相同，因此提供數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)指明采用的輻射源及其色溫。

第8頁，共17頁。4．響應(yīng)時(shí)間

●響應(yīng)時(shí)間是描述光電探測(cè)器對(duì)入射輻射響應(yīng)快慢的一個(gè)參數(shù)。即當(dāng)入射輻射到光電探測(cè)器后或入射輻射遮斷后．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。常用時(shí)間常數(shù)τ的大小來表示。●當(dāng)用一個(gè)輻射脈沖照射光電探測(cè)器，如果這個(gè)脈沖的上升和下降時(shí)間很短，如方被，則光電探測(cè)器的輸出由于器件的惰性而有延遲，把從10％上升到90％峰值處所需的時(shí)間稱為探測(cè)器的上升時(shí)間，而把從90％下降到10％處所需的時(shí)間稱為下降時(shí)間。

第9頁，共17頁。5．頻率響應(yīng)●光電探測(cè)器的響應(yīng)隨入射輻射的調(diào)制頻率而變化的特性稱為頻率響應(yīng)。第10頁，共17頁。二有關(guān)噪聲方面的參數(shù)

從響應(yīng)度的定義來看，好象只要有光輻射存在，不管它的功率如何小，都可探測(cè)出來?！癞?dāng)入射功率很低時(shí)，輸出只是些雜亂無章的變化信號(hào)，無法肯定是否有輻射入射在探測(cè)器上。這并不是探測(cè)器不好引起的，而是它所固有的“噪聲”引起的?！袢绻麑?duì)這些隨時(shí)間起伏的電壓(流)按時(shí)間取平均值，則平均值等于零。●但這些值的均方根不等于零，這個(gè)均方根電壓(流)稱為探測(cè)器的噪聲電壓(流)。

第11頁，共17頁。1．信噪比(S／N)

判定噪聲大小通常使用信噪比這個(gè)參數(shù)?！裨谪?fù)載電阻RL上產(chǎn)生的信號(hào)功率與噪聲功率之比，即：若用分貝(dB)表示，則為：●利用S／N評(píng)價(jià)兩種光電探測(cè)器性能時(shí)，必須在信號(hào)輻射功率相同的情況下才能比較?！駥?duì)單個(gè)光電探測(cè)器，其S/N的大小與入射信號(hào)輻射功率及接收面積有關(guān)。如果入射輻射強(qiáng)，接收面積大．S/N就大，但性能不一定就好。因此用S/N評(píng)價(jià)器件有一定的局限性。第12頁，共17頁。2．等效噪聲輸入(ENI)功率●定義：探測(cè)器在特定帶寬內(nèi)(1Hz)產(chǎn)生的均方根信號(hào)電流恰好等于均方根噪聲電流值時(shí)輻射源的輸入通量，此時(shí)，其他參數(shù)，如頻率溫度等應(yīng)加以規(guī)定。●這個(gè)參數(shù)是在確定光電探測(cè)器件的探測(cè)極限(以輸入通量為瓦或流明表示)時(shí)使用。

第13頁，共17頁。3．噪聲等效功率(NEP)

（最小可探測(cè)功率Pmin）●定義為信號(hào)功率與噪聲功率之比為1，即S／N＝1時(shí)，入射到探測(cè)器上的輻射通量(單位為瓦)。即：

NEP在ENI單位為瓦時(shí)與之等效?！褚粋€(gè)良好的探測(cè)器件的NEP約為10–11W。NEP越小，噪聲越小．器件的性能越好。

第14頁，共17頁。4．探測(cè)率D與比探測(cè)率D*●只用NEP無法比較兩個(gè)不同來源的光探測(cè)器的優(yōu)劣。為此．引入兩個(gè)新的性能參數(shù)——探測(cè)率D和比探測(cè)率D*●探測(cè)率D定義為NEP的倒數(shù)，即：

（W-1）顯然，D愈大，光電探測(cè)器的性能就愈好。探測(cè)率D所提供的信息與NEP一樣，也是一項(xiàng)特征參數(shù)。第15頁，共17頁?！耧@然，D愈大，光電探測(cè)器的性能就愈好。它描述的特性是：光電探測(cè)器在它的噪聲電平之上產(chǎn)生一個(gè)可觀測(cè)的電信號(hào)的本領(lǐng)，即光電探測(cè)器能響應(yīng)的入射光功率越小，則其探測(cè)率越高?！竦莾H根據(jù)探測(cè)率D還不能比較不同的光探測(cè)器的優(yōu)劣，這是因?yàn)槿绻麅芍挥上嗤牧现瞥傻墓怆娞綔y(cè)器，盡管內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同，但光敏面積Ad不同，測(cè)量帶寬不同，則D值也不相