中国计量大学（中国计量学院）：《光电技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三讲 光电器件性能参数和真空光电管

第三讲光电器件性能 参数和真空光电管 李孝禄

第三讲 光电器件性能 参数和真空光电管 李 孝 禄

光电器件的分类 ■一、按工作波段分 紫外光探测器 可见光探测器 红外光探测器 ■二、按应用分 换能器将光信息(光能)转换成电信息(电能) 非成像型光信息转换成电信息 探测器 变像管 成像型像增强器 摄像管真空摄像管 固体成像器件CCD

光电器件的分类 ◼ 一、按工作波段分 紫外光探测器 可见光探测器 红外光探测器 ◼ 二、按应用分 换能器 将光信息（光能）转换成电信息（电能） 非成像型 光信息转换成电信息 探测器 变像管 成像型 像增强器 摄像管 真空摄像管 固体成像器件CCD

探测器件 热光电探测元件 光电探测元件 体光电探测元佣 光电效应 内光电效应 非放大型 放大型 光电导探测光磁电效应探测器恍生伏特探测 空光电管 光电倍增管 充气光电管 变像管 本征型掺杂型 非放大 放大型 像增强器 光敏电阻红外探测器 光电池 光电三极管 摄像 光电二极管 光电场效应管 雪崩型光电二极管

探测器件 热光电探测元件 光电探测元件 气体光电探测元件 外光电效应 内光电效应 非放大型 放 大 型 光电导探测 器 光磁电效应探测器 光生伏特探测 器 本征型 掺杂型 非放大 放大型 真空光电管 充气光电管 光电倍增管 变像管 摄像管 像增强器 光敏电阻 红外探测器 光电池 光电二极管 光电三极管 光电场效应管 雪崩型光电二极管

光电系统的光电器件包括光电探测器件和 光电成像器件,其相应的性能参数也有两 类 1、光电探测器件主要应说明其响应特性 和噪声特性。 2、光电成像器件,除了上述参数外,为 了说明其成像特性,还引入了反映亮度空 间分布失真程度的量,比如分辨率、空间 频率特性以及空间抽样特性等

◼ 光电系统的光电器件包括光电探测器件和 光电成像器件，其相应的性能参数也有两 类： ◼ 1、光电探测器件主要应说明其响应特性 和噪声特性。 ◼ 2、光电成像器件，除了上述参数外，为 了说明其成像特性，还引入了反映亮度空 间分布失真程度的量，比如分辨率、空间 频率特性以及空间抽样特性等

光电探测器和其它器件一样,有一套根据实 际需要而制定的特性参数。 ■它是在不断总结各种光电探测器的共同基础 上而给以科学定义的,所以这一套性能参数 科学地反映了各种探测器的共同因素 依据这套参数,人们就可以评价探测器性能 的优劣,比较不同探测器之间的差异,从而 达到根据需要合理选择和正确使用光电探测 器的目的 显然,了解各种性能参数的物理意义是十分 重要的

◼ 光电探测器和其它器件一样，有一套根据实 际需要而制定的特性参数。 ◼ 它是在不断总结各种光电探测器的共同基础 上而给以科学定义的，所以这一套性能参数 科学地反映了各种探测器的共同因素。 ◼ 依据这套参数，人们就可以评价探测器性能 的优劣，比较不同探测器之间的差异，从而 达到根据需要合理选择和正确使用光电探测 器的目的。 ◼ 显然，了解各种性能参数的物理意义是十分 重要的

积分灵敏度R 灵敏度也常称作响应度,它是光电探测器 光电转换特性,光电转换的光谱特性以及 频率特性的量度 光电流减或光电压和入射光功率P之间的关 系=f(),称为探测器的光电特性 灵敏度R定义为这个曲线的斜率,即 r, dp (线性区内)(安/瓦 线性区内)(安/瓦) ip p

一、积分灵敏度R ◼ 灵敏度也常称作响应度，它是光电探测器 光电转换特性，光电转换的光谱特性以及 频率特性的量度。 ◼ 光电流i(或光电压u)和入射光功率P之间的关 系i＝f (p)，称为探测器的光电特性。 ◼ 灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即 ◼ (线性区内) (安/瓦) ◼ 或 ◼ (线性区内) (安/瓦) dp di Ri = p i = dp du R u = p u =

R和R分别称为电流和电压灵敏度,i和z称 为电表测量的电流、电压有效值 式中的光功率P是指分布在某一光谱范围内 的总功率,因此,这里的R和R又分别称 为积分电流灵敏度和积分电压灵敏度 光谱灵敏度R ■如果我们把光功率P换成波长可变的光功率 谱密度P,由于光电探测器的光谱选择性, 在其它条件下不变的情况下,光电流将是 光波长的函数,记为(或),于是光谱灵敏 度R定义为 R ip a

◼ R i和R u分别称为电流和电压灵敏度，i和u称 为电表测量的电流、电压有效值。 ◼ 式中的光功率P是指分布在某一光谱范围内 的总功率，因此，这里的R i和R u又分别称 为积分电流灵敏度和积分电压灵敏度。 ◼二、光谱灵敏度R λ ◼ 如果我们把光功率P换成波长可变的光功率 谱密度P λ，由于光电探测器的光谱选择性， 在其它条件下不变的情况下，光电流将是 光波长的函数，记为i λ (或uλ )，于是光谱灵敏 度Rλ定义为 (1)    dp di R =

如果R是常数,则相应的探测器称为无选择 性探测器(如光热探测器),光子探测器则是选 择性探测器。 上式的定义在测量上是困难的,通常给出的 是相对光谱灵敏度S定义为 S=RIR (2) 式中R是指R的最大值,相应的波长称为 峰值波长,S是无量纲的百分数,S随变化 的曲线称为探测器的光谱灵敏度曲线。 ■R和R以及S的关系说明如下

◼ 如果R λ是常数，则相应的探测器称为无选择 性探测器(如光热探测器)，光子探测器则是选 择性探测器。 ◼ 上式的定义在测量上是困难的，通常给出的 是相对光谱灵敏度S λ定义为 ◼ 式中R λm是指R λ的最大值，相应的波长称为 峰值波长，S λ是无量纲的百分数，Sλ随λ变化 的曲线称为探测器的光谱灵敏度曲线。 ◼ R和Rλ以及Sλ的关系说明如下。 / (2) S = R Rm

■引入相对光谱功率密度函数,它的定义为 (3) a'n 把(2)和(3)式代入(1)式,只要注意到 dP,=P,dh' 和=id2 就有dh=S2RmPm1d ■积分上式, i= di R d"1·d onAm n od RudpParl h f,da

◼ 引入相对光谱功率密度函数，它的定义为 ◼ 把(2)和(3)式代入(1)式，只要注意到 ◼ 和 ◼ 就有 ◼ 积分上式，有 (3) ' ' ' P m P f    = ' dP' = P' d di = i  d di = S Rm P'm f ' d' d           = =  0 ' ' 0 i di [ S R P f d '] d m m            = 0 ' 0 ' 0 ' ' ' ' '           f d f d R d P S f d m m

式中fd P.dn P/P P 并注意到 1'm R=R,·d an 式中Sm分N ■由此便 R daK=r K f2d元 ■称为光谱利用率系数,它表示入射光功率 被响应的百分比 光谱匹配系数K的说明如图 I,fad I fada

◼ 式中 ◼ 并注意到 ◼ 由此便得 ◼ 式中 ◼ 称为光谱利用率系数，它表示入射光功率能 被响应的百分比。 ◼ 光谱匹配系数K的说明如图     = 0 ' ' 0 ' ' 1 '     P d P f d m P P 'm / =  Rim = Rm  d R d K R K P i R = = m  = im     = 0 ' 0 ' ' '      f d s f d K 1.0 S   ' f ' ' 0  S  f  d    0 '  ' f  d