第01章光辐射探测的理论基础.ppt

第01章 光辐射探测的理论基础,辐射度量学基础,半导体基础,光电探测器概述,掌握,了 解,理 解,1.1 辐射度学与光度学的基础知识,1.1.1 光的基本概念,1.1.2 辐射度量,1.1.4 两条基本定律,1.1.3 光度量,1.1.1 光的基本概念,领土安全、领空安全、领海安全、太空安全、电磁空间安全,国家安全新概念：,1.1.1光的基本概念,电磁空间安全 光学波段,国家安全新概念：,1.1.1光的基本概念,光学谱区 0.01m1000m,可见光区 0.38m0.78m,红外区 0.78m1000m,紫外区 0.01m0.38m,光电技术常用的光波波段,远红外波段,远近紫外波段,可见光波段,近红外波段,中红外波段,8,导弹羽烟警用紫外成像,红外制导红外预警,激光雷达激光通信,光电技术常用的光波波段,远红外波段,远近紫外波段,可见光波段,近红外波段,中红外波段,已开发利用波段,待开发利用波段,8,3光子能量公式,光既是电磁波（波动性）又是光子流（粒子性）,可见光光子的能量范围为3.21.6eV,太赫兹波303000m,能量范围为？eV,1.1.1光的基本概念,太赫兹波303000m,与X射线比较：,1.1 辐射度学与光度学的基础知识,1.1.1 光的基本概念,1.1.2 辐射度量,1.1.4 两条基本定律,1.1.3 光度量,1.1.2 辐射度量,辐射度学是一门研究电磁辐射能测量的学科。,本课程限于光学波段的研究讨论。,辐射度学 电磁波 客观光度学 可见光 主观（生理、心理）,电磁波（Emission）,可见光（Visible light）,辐射度量，Xe,光度量，Xv,1.1.2 辐射度量,1辐射能Qe,2辐射通量e,又称辐射功率，简称功率 单位：W,计算光电探测器的光电转换能力常用辐射功率 分析强光对光电探测器破坏机理常用辐射能量,单位：J,1.1.2 辐射度量,3辐射强度,在给定方向上的立体角元内，辐射源发出的辐射通量与立体角元之比,单位：W/sr(瓦/球面度),辐射强度反映了辐射源能量分布的什么特点？,3辐射强度,辐射源多为各向异性的，即Ie随 方向而改变,超高压球形氙灯辐射强度分布,4辐射出度Me与辐射亮度Le,辐射出度Me,面辐射源元的辐射能力,4辐射出度Me与辐射亮度Le,辐射出度Me,辐射亮度Le,面辐射源元的辐射能力,面辐射源沿不同方向的辐射能力的差异,5辐射照度Ee,辐射接收面上单位面积接受的辐射通量,单位：W/m2（瓦/平方米）,比 较：,辐射照度Ee,辐射出度Me,例：常见的几种显示器,为了反映显示屏的特性，用上述哪个参数描述合适？为什么？,为了描述显示器的每个局部面元在各个方向的辐射能力，最适合的辐射度量是（）A 辐射照度 B 辐射强度 C 辐射出度 D 辐射亮度,6光谱辐射量,辐射源 多波长的辐射,氘灯的光谱能量分布图,6光谱辐射量,辐射源 多波长的辐射,荧光灯的光谱能量分布图,6光谱辐射量,光谱辐射量是该辐射量在波长处的单位波长间隔内的大小，又叫辐射量的光谱密度，是辐射量随波长的变化率。,光谱辐射通量e()：,光谱辐射通量与波长的关系：,1辐射能Qe,2辐射通量e,3辐射强度,4辐射出射度Me与辐射亮度Le,5辐射照度Ee,6光谱辐射量,光电技术中最常用：,辐射照度,辐射通量,1.1.2 辐射度量,1.1.3 光度量,人眼只能感知波长在0.380.78m之间的辐射 人眼对不同波长的感光灵敏度不同,1光谱光视效率 或视见函数,最大值在555 nm,表11,1光谱光视效率或视见函数,2光度量的基本物理量,光度量的基本物理量与辐射度量一一对应,发光强度单位坎德拉（Candela），记作cd。即=555 nm时，有,国际单位制中七个基本单位之一：,3辐射度量与光度量间的换算关系,=555 nm时,=？nm时,3辐射度量与光度量间的换算关系,=555 nm时,=？nm时,任意波长：,其光度量,3辐射度量与光度量间的换算关系,日元,美元,光度量,辐射度量,光度量单位举例：,例2：无月夜天光 照度310-4lx（微光夜视）白天办公室光 照度 2100lx 对CCD摄像机 黑白图像照度0.02lx 彩色图像照度2lx,例3：海平面太阳光平均 亮度 1.6109 cd.m-2 10mW氦氖激光器亮度6.661011cd.m-2,例1：教室投影仪器 光通量2000lm2500lm 高档的 光通量3500lm,辐射度与光度量总结：,e,M,e,I,e,L,e,S,v,M,v,I,v,L,v,S,cos q,cos q,1.1 辐射度学与光度学的基础知识,1.1.1 光的基本概念,1.1.2 辐射度量,1.1.4 两条基本定律,1.1.3 光度量,1.1.4辐射度学与光度学的两条基本定律,1辐射强度余弦定律,2距离平方反比定律,1辐射强度余弦定律,“余弦辐射体”或“朗伯辐射体”,特点：各方向的辐射亮度是一样的,例如：太阳 荧光屏 毛玻璃灯罩 坦克表面,两条基本定律,1辐射强度余弦定律,“余弦辐射体”或“朗伯辐射体”,特点：各方向的辐射亮度是一样的,重要结论：（自行推导）,两条基本定律,2距离平方反比定律,意义：计算面元接收到光能量,点光源A，距离光源为R微面元dS，照度：,应用条件：光源尺寸远小于距离R,两条基本定律,第01章 光辐射探测的理论基础,辐射度量学基础,半导体基础,光电探测器概述,半导体基础,许多光电探测器都是由半导体材料制作的,半导体材料具有许多独特物理性质专门学科：半导体物理学,1.2 半导体的基础知识,1.2.1 能带理论,1.2.2 热平衡状态下的载流子,1.2.3 半导体对光的吸收,1.2.4 非平衡状态下的载流子,1.2.4 载流子的扩散与漂移,1.2.1 能带理论,1原子能级与晶体能带,电子共有化，能级扩展为能带,1.2 半导体的基础知识,a)单个原子 b)N个原子,最外层电子,自由电子,1原子能级与晶体能带,价带Ev,导带Ec,禁带Eg,价电子（最外层电子）能级相对应的能带,1.2.1 能带理论,1原子能级与晶体能带,价带Ev,导带Ec,禁带Eg,3.价电子-自由电子，要吸收能量,特别指出：,1.价带中电子，价电子不能参与导电,2.导带中电子，自由电子能参与导电,1.2.1 能带理论,1原子能级与晶体能带,价带Ev,导带Ec,禁带Eg,为什么只考虑导带与价带之间的禁带？,1.2.1 能带理论,电磁波谱与原子内部电子运动,绝缘体、半导体、金属的能带图,SiO2 Eg=5.2ev Si Eg=1.1ev Eg=0电阻率1012cm 10-31012cm 10-610-3cm,半导体具有独特光电特性重要应用价值,1.2.1能带理论,本征半导体,结构完整、纯净的半导体称为本征半导体，又称I型半导体。,杂质半导体,半导体中可人为掺入少量杂质包括N型半导体 和 P型半导体,1.2.1能带理论,2.半导体分类,2半导体能带,以硅晶体为例,1.2.1能带理论,共价键,电子空穴对,载流子,本征激发,室温或光照射,2半导体能带,1.2.1能带理论,室温或光照射,共价键结构示意图,本征半导体能带图,N型半导体能带,N型半导体,本征半导体,1.2.1能带理论,施主能级？,N型半导体,含有三种载流子：,自由电子数空穴数目?(多子)(少子),“Negative”N型半导体,P,P,1.2.1能带理论,N型半导体,含有三种载流子：,自由电子数空穴数目?(多子)(少子),“Negative”N型半导体,P,P,1.2.1能带理论,P型半导体能带,N型半导体,P型半导体,本征半导体,1.2.1能带理论,P型半导体,含有三种载流子：,空穴数目自由电子数目？(多子)(少子),B,B,B,B,B,1.2.1能带理论,2半导体能带,1.2.1能带理论,三者的差异？,N型半导体：施主能级,P型半导体：受主能级,掺杂百万分之一的杂质,载流子浓度提高百万倍？,1.2.1能带理论,总结：N型半导体与P型半导体的比较,1.2.1能带理论,1.2 半导体的基础知识,1.2.1 能带理论,1.2.2 热平衡状态下的载流子,1.2.3 半导体对光的吸收,1.2.4 非平衡状态下的载流子,1.2.4 载流子的扩散与漂移,1.2.2热平衡状态下的载流子,热平衡态,1.2 半导体的基础知识,一个不受外界影响的封闭系统，其状态参量（如温度、载流子浓度等）与时间无关的状态称为热平衡态。,载流子的分布,导带中电子的浓度,价带中空穴的浓度,1.2.2热平衡状态下的载流子,热平衡条件下，能量为E的能级被电子占据的概率为：,Ef费米能级,载流子的分布 服从费米统计分布规律,费米能级Ef的物理意义,1.2.2热平衡状态下的载流子,Ef的意义是电子占据率为0.5时所对应的能级,1.2.2热平衡状态下的载流子,电子占据概率：,空穴占据概率：,1.2.2热平衡状态下的载流子,载流子的分布,导带中电子的浓度,价带中空穴的浓度,占据概率：,导带中电子占据的概率：,导带中总的电子浓度：,导带 电子浓度：,价带 空穴浓度：,1.2.2热平衡状态下的载流子,载流子的分布,本征和杂质半导体中的费米能级：,用费米能级描述载流子分布“标尺”,1.2.2热平衡状态下的载流子,半导体费米能级推导,练习：画出轻掺杂N型和重掺杂N型费米能级示意图,1.2.2热平衡状态下的载流子,热平衡态,1.2 半导体的基础知识,载流子的分布,导带中电子的浓度,价带中空穴的浓度,用费米能级Ef描述：,本征半导体,N型半导体,P型半导体,总 结：,1.2 半导体的基础知识,1.2.1 能带理论,1.2.2 热平衡状态下的载流子,1.2.3 半导体对光的吸收,1.2.4 非平衡状态下的载流子,1.2.4 载流子的扩散与漂移,1.2.3半导体对光的吸收,1吸收定律,(x)=0(1r)e-x,=4/,1.2 半导体的基础知识,1.2.3半导体对光的吸收,本征吸收,半导体对光的吸收,非本征吸收,1.2.3半导体对光的吸收,本征吸收：光子能量足够大，价带中的电子能激发到导带,截止波长,产生电子空穴 对,条件：,特点：,1.2.3半导体对光的吸收,本征吸收：,本征半导体和杂质半导体内部，都有可能发生本征吸收！,特别注意：,1.2.3半导体对光的吸收,非本征吸收：,光子能量不足以使价带中的电子激发到导带，包括杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收、晶格吸收,杂质吸收：,N型半导体 施主束缚电子导带,P型半导体 受主束缚空穴价带,1.2.3半导体对光的吸收,本征吸收,电子 空穴 对,杂质吸收,本征吸收,杂质吸收,波长增大,本征吸收与非本征吸收比较：,电子 或 空穴,1.2 半导体的基础知识,1.2.1 能带理论,1.2.2 热平衡状态下的载流子,1.2.3 半导体对光的吸收,1.2.4 非平衡状态下的载流子,1.2.4 载流子的扩散与漂移,1.2.4非平衡状态下的载流子,1 非平衡载流子的注入和复合,2.非平衡载流子的寿命,1.2 半导体的基础知识,1非平衡载流子的注入和复合,非平衡载流子,（过剩载流子）,1.2.4非平衡状态下的载流子,光生载流子,热生载流子,1非平衡载流子的注入和复合,产生：,复合：,使非平衡载流子浓度增加的运动,使非平衡载流子浓度减小的运动,寿命？,1.2.4非平衡状态下的载流子,2.非平衡载流子的寿命,光生载流子的平均生存时间称为光生载流子的寿命，用c表示。,以N型为例，少子的寿命？,1.2.4非平衡状态下的载流子,2.非平衡载流子的寿命,以N型为例，计算弱注入条件下少子的寿命,1.2.4非平衡状态下的载流子,复合率：,（热）产生率：,r为复合系数,热平衡时,为什么？,2.非平衡载流子的寿命,以N型为例，计算弱注入条件下少子的寿命,1.2.4非平衡状态下的载流子,光生电子空穴对的直接复合率可用材料中少子的变化率表示为,弱注入n(t)=p(t)n0,2.非平衡载流子的寿命,以N型为例，计算弱注入条件下少子的寿命,1.2.4非平衡状态下的载流子,弱注入条件下，载流子寿命与热平衡时多子电子的浓度成反比，并且在一定温度下是一个常数。,表明：,2.非平衡载流子的寿命,表征复合的强弱c决定线性光电导探测器的时间特性c的大小与材料的微观复合结构、掺杂及缺陷 等因素有关。,c的物理意义：,1.2.4非平衡状态下的载流子,c的适应条件：本征吸收和杂质吸收，弱注入,1.2 半导体的基础知识,1.2.1 能带理论,1.2.2 热平衡状态下的载流子,1.2.3 半导体对光的吸收,1.2.4 非平衡状态下的载流子,1.2.4 载流子的扩散与漂移,1.2.5 载流子的扩散与漂移,1扩散,载流子因浓度不均匀而发生的定向运动称为扩散。扩散系数D和扩散长度L,1.2 半导体的基础知识,2漂移,载流子受电场作用所发生的运动称为漂移。电子迁移率,电子电流：,空穴电流：,1.2.5载流子的扩散与漂移,第01章 光辐射探测的理论基础,辐射度量学基础,半导体基础,光电探测器概述,1.3 光电探测器概述,光电效应,光热效应,1.3 光电探测器概述,光辐射 非传导电子-传导电子,光辐射-电信号(广义),光电探测器:,光电探测器的分类方法,1.3 光电探测器概述,1.3.1 半导体的光电效应1.3.2 光探测器的噪声1.3.3 光探测器的性能参数,1.3.1 半导体的光电效应,光电效应：,光电导效应、光伏效应、光电子发射效应、光子牵引效应和光磁电效应,利用光电效应制成的光电探测器称为光子探测器，如光电导探测器、光伏探测器、光电子发射探测器等。,1.3 光电探测器概述,1.3.1 半导体的光电效应,1.光电导效应,2.光伏效应,3.光电发射效应,4.光电转换的基本规律,1.光电导效应,当半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载流子浓度的变化，因而导致材料电导率变化，这种现象称为光电导效应。,非本征光电导效应,本征光电导效应,1.3.1 半导体的光电效应,(杂质光电导效应),杂质吸收,本征吸收,1.光电导效应,本征光电导,暗电导率：,亮电导率：,光电导率：,光电导率的相对值：,1.光电导效应,本征光电导,光电导率的相对值：,要制成（相对）光电导高的器件，应该使n0和p0有较小数值。因此，光电导器件一般是由高阻材料制成或者在低温下使用。,1.光电导效应,本征光电导,光电导率：,非本征光电导,光电导率：,1.3.1 半导体的光电效应,1.光电导效应,2.光伏效应,3.光电发射效应,4.光电转换的基本规律,2.光伏效应,N,P,PN结,光,一块半导体，P区与N区的交界面称为PN结。PN结受到光照时，可在PN结的两端产生电势差，这种现象则称为光伏效应。,1.3.1 半导体的光电效应,1)PN结的形成,扩 散,形成：离子区 耗尽区 空间电荷区 阻挡层,内建电场(结电场),浓度差异,E,2.光伏效应,2.光伏效应,1)PN结的形成,漂 移,内建电场 自建电场,E,扩散与漂移方向相反,2.光伏效应,1)PN结的形成,扩散=漂移 平衡 PN结,2.光伏效应,1)PN结的形成,（多子）扩散,（少子）漂移,浓度差异,内建电场,2.光伏效应,PN结的形成,摘自教育部新世纪网络课程电子技术大连海事大学制作,2.光伏效应,2)PN结能带与势垒,结合前,结合后,费米能级与导带或价带的相对位置由材料掺杂决定,一个平衡系统只能有一个费米能级,2.光伏效应,2)PN结能带与势垒,结合后,一个平衡系统只能有一个费米能级,例如：长沙 就业率较低，收入较低 深圳 就业率较高，收入较高 人才怎样流动？,2.光伏效应,2)PN结能带与势垒*,E,电场力,类比:小球滚上山坡,速度方向,重力分力,mgh,3)PN结电流方程、耗尽区宽度与结电容,2.光伏效应,偏压：外加在PN结两端的电压,方向由P区指向N区,正向电流：,正向偏压:,负离子数减少,正离子数减少,外加电场,3)PN结电流方程、耗尽区宽度与结电容,正向偏压作用下，耗尽区宽度变小,3)PN结电流方程、耗尽区宽度与结电容,电流方程：,正向偏压 继续增大，耗尽层越来越薄,反向偏压:,负离子数增加,正离子数增加,外加电场,3)PN结电流方程、耗尽区宽度与结电容,反向偏压作用下，耗尽区宽度变大,反向偏压:,负离子数增加,正离子数增加,外加电场,3)PN结电流方程、耗尽区宽度与结电容,反向电流:数值较小？,PN结的单向导电性,摘自教育部新世纪网络课程电子技术大连海事大学制作,3)PN结电流方程、耗尽区宽度与结电容,电流方程：,正向电流和反向电流：,3)PN结电流方程、耗尽区宽度与结电容,耗尽区宽度：,单位面积结电容：,减小结电容对提高光伏器件的响应速度有重要的意义！,2.光伏效应,4)PN结光电效应,平均扩散长度,电子空穴对分离,电子空穴对,光 照,光生电势差,讨论：光电转换时间,光生电动势与光电流,光电流方向,光生电动势方向,光电流方向与普通二极管电流相反,4)PN结光电效应,光电流,光照下PN结的电流方程：,普通二极管电流,4)PN结光电效应,2.光伏效应,思考题：PN结加正向偏压，如何影响光伏效应？,正向偏压：,4)PN结光电效应,结论：PN结加正向偏压，不利于结区光生电子、空穴对的分离，光电效应不明显。,4)PN结光电效应,总 结：,光生电动势,光生电流（光电流）,正反向偏压对光电效应的影响,光伏效应,光照下PN结的电流方程,4)PN结光电效应,PN结受到光照时，若入射光子能量大于材料禁带宽度，可在PN结的两端产生光生电势差，这种现象则称为光伏效应。,1.3.1 半导体的光电效应,1.光电导效应,2.光伏效应,3.光电发射效应,4.光电转换的基本规律,3.光电发射效应,金属或半导体受到光照时，电子从材料表面逸出这一现象称为光电发射效应。,又称外光电效应。逸出物质表面的电子叫做光电子。,1.3.1 半导体的光电效应,3.光电发射效应,1)爱因斯坦定律,W-逸出功,截止波长（长波限）,光电发射,本征吸收,杂质吸收,结论：,3.光电发射效应,截止波长对比,波长增大,光电发射,杂质吸收,本征吸收,3.光电发射效应,2)金属逸出功和半导体的发射阈值,金属逸出功:,半导体发射阈值:,基本概念：,真空能级E0 电磁真空中静止电子能量（体外自由电子最小能量）,电子亲和势EA 真空能级与导带底能级之差称为电子亲和势,2)金属逸出功和半导体的发射阈值,电子亲和势 的物理意义？,3.光电发射效应,2)金属逸出功和半导体的发射阈值,金属逸出功:,半导体发射阈值:,1.3.1 半导体的光电效应,1.光电导效应,2.光伏效应,3.光电发射效应,4.光电转换的基本规律,1.3.1 半导体的光电效应,4.光电转换的基本规律,量子效率,转换规律,适应范围：光子探测器,4.光电转换的基本规律,量子效率：,原因：反射、透射、散射等,量子效率进一步分析：,距表面位置x处x的长度内，单位时间吸收的光子数为：,单位体积内电子空穴对的产生率（m3s1）,4.光电转换的基本规律,量子效率进一步分析：,单位体积内电子空穴对的产生率（m3s1）,x方向的电流密度（A/m2）为,4.光电转换的基本规律,量子效率进一步分析：,x方向的电流密度（A/m2）为,4.光电转换的基本规律,量子效率进一步分析：,提高量子效率：反射率r低，吸收系数大，吸收厚长度lx要大例如，在探测器入射面镀上高透射率的抗反射层；利用微型谐振腔的光场谐振以增强吸收等。中科院已研制出量子效率高达85.6GaN基PIN结构紫外探测器,4.光电转换的基本规律,光子探测器光电转换基本规律：,（1）光电流与入射光平均功率成正比（2）光电流与光电场强度的平方成正比 光子探测器为平方律器件,4.光电转换的基本规律,光照时每产生一个光电子，在探测器的外电路中都输出一个电子,外电路中单位时间内输出的电子数大于甚至远大于单位时间内产生的光电子数光电增益M,4.光电转换的基本规律,光电增益M,比较：光电增益 与 量子效率,1.3 光电探测器概述,1.3.1 半导体的光电效应1.3.2 光电探测器的噪声1.3.3 光电探测器的性能参数,1.3.2 光电探测器的噪声,1.3 光电探测器概述,噪声的基本概念,噪声的表示方法,探测器噪声分类,信号平均值处有随机起伏含有噪声,例如：,放音机的噪声,激光器的噪声,1.3.2 光电探测器的噪声,噪声的基本概念,噪声影响信号（特别是弱信号）的测量和处理,用均方噪声,多个噪声源（互不相关）,1.3.2 光电探测器的噪声,噪声的表示方法,噪声功率谱,光电探测系统噪声：,1.3.2 光电探测器的噪声,噪声影响信号（特别是弱信号）的测量和处理,1.3.2 光电探测器的噪声,探测器的噪声,1热噪声(Johnson噪声),2.散粒噪声,3产生复合噪声,41/f 噪声,5温度噪声,1热噪声(Johnson噪声),热噪声是由于载流子的热运动而引起电流或电压的随机起伏。,1.3.2 光电探测器的噪声,为测量的频带宽度,热噪声：白噪声,2.散粒噪声（Shot噪声）,光电探测器的散粒噪声是由于探测器在光辐射作用或热激发下引起光电子或载流子的随机起伏,I为器件输出平均电流,散粒噪声：白噪声,1.3.2 光电探测器的噪声,3产生复合噪声,又称为gr噪声（Generation Recombination）,半导体器件中由于载流子的产生与复合而引起的平均载流子浓度的随机起伏。,I为总的平均电流；M为光电增益,1.3.2 光电探测器的噪声,产生复合噪声不再是“白”噪声？,41/f 噪声,1/f 噪声通常又称为电流噪声 也称为闪烁噪声或过剩噪声,低频区：1kHz以下,机理目前尚不清楚,1.3.2 光电探测器的噪声,5温度噪声,热探测器中由于器件本身吸收和传导等的热交换引起的温度起伏,G为器件的热导,1.3.2 光电探测器的噪声,1.3.2 光探测器的噪声,1热噪声(Johnson噪声),2.散粒噪声,3产生复合噪声,41/f 噪声,5温度噪声,实际的光电探测器所含的噪声种类及大小，后面各章结合器件介绍。,1.3 光电探测器概述,1.3.1 半导体的光电效应1.3.2 光电探测器的噪声1.3.3 光电探测器的性能参数,1.3.3 光探测器的特性参数,主要特性参数：,1光电特性,2.灵敏度与光谱特性,3等效噪声功率和比探测率,4响应时间与频率特性,1光电特性,光电特性是指电学参量与光辐射参量之间的函数关系。,例如：I=f（）I=f（E）,1.3.3 光探测器的特性参数,例1：P109 光电倍增管的 光电特性,线性度-重要性,2.灵敏度与光谱特性,灵敏度是表征探测器将入射光信号转换成电信号能力的特性参数，又称为响应率。,1.3.3 光探测器的特性参数,2.灵敏度与光谱特性,光谱灵敏度：,例1：人眼 光谱灵敏度,例2：硅光电器件 光谱灵敏度,S,1.3.3 光探测器的特性参数,2.灵敏度与光谱特性,灵敏度是表征探测器将入射光信号转换成电信号能力的特性参数，又称为响应率。,光谱灵敏度：,积分灵敏度：,1.3.3 光探测器的特性参数,2.灵敏度与光谱特性,光谱灵敏度：,积分灵敏度：,用单色光测量；一般为曲线例：P139 图59,用标准光源测量；一般为具体数据例：P130 表51,1.3.3 光探测器的特性参数,2.灵敏度与光谱特性,灵敏度是表征探测器将入射光信号转换成电信号能力的特性参数，又称为响应率。,SU()或SI()随波长的变化关系称为探测器的光谱特性（曲线）。,例：硅光电器件的 光谱特性,S,1.3.3 光探测器的特性参数,2.灵敏度与光谱特性,峰值波长p,截止波长0,光谱特性（曲线）,光谱响应范围,例：P85表32,1.3.3 光探测器的特性参数,2.灵敏度与光谱特性,灵敏度与量子效率（自学）,光子探测器光谱特性曲线,峰值波长p,截止波长0,1.3.3 光探测器的特性参数,3噪声等效功率和比探测率,1.3.3 光探测器的特性参数,辐射通量,信号电流,噪声电流,3噪声等效功率和比探测率,1.3.3 光探测器的特性参数,辐射通量,信号电流,噪声电流,当探测器输出的信号电流I(或电压U)等于探测器本身的噪声电流(或电压)均方根值时，入射到探测器上的信号辐射通量称为噪声等效功率（简称NEP）,3噪声等效功率和比探测率,探测能力：探测器灵敏度 探测器噪声水平,1.3.3 光探测器的特性参数,方便测量,3噪声等效功率和比探测率,1.3.3 光探测器的特性参数,辐射通量,信号电流,噪声电流,噪声等效功率 又称为最小可探测功率,3等效噪声功率和比探测率,愈大愈好习惯,用单位带宽和单位面积的噪声电流来衡量探测器的探测能力,1.3.3 光探测器的特性参数,4.响应时间与频率特性,矩形光脉冲，响应出现上升沿和下降沿,正弦型调制光，响应率随频率升高而降低,1.3.3 光探测器的特性参数,探测器响应时间（时域）,上限截止频率或3dB带宽（频域）,本章小结：（要点，课后自行总结）,1.光学谱区：0.011000m 可见光谱区：0.380.78m 光辐射量度 辐射度量（电磁波谱）光度量（可见光谱区）,2.半导体基础：导带Ec、价带Ev及二者之间的禁带Eg 本征半导体、P型半导体和N型半导体 费米能级Ef描述载流子的分布 本征吸收和杂质吸收；少子寿命,3.光电效应：光电导效应、光伏效应和光电子发射效应。光子探测器，光电转换规律,4.光探测器噪声：散粒噪声、热噪声、产生复合噪声、电流噪声（1/f噪声）、温度噪声、,5.光探测器特性参数：光电特性、灵敏度、噪声等效功率、响应时间,