光电探测器的特点|应用

　　光电探测器就是把光信号转为电信号的一种器件，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红外热成像、红外遥感等方面。

光电探测器的特点

　　光电探测器是光电探测系统的核心，根据需要实现的功能，以及光电探测器的原理，特性参数，使用环境，注意事项等，选择合适的光电探测器至关重要。

　　一、外光电效应器件

　　1、真空光电管

　　特点：①挡光作用小，受光面积大，对聚焦光斑的大小要求不严格;

　　②光电子路程相同，渡越时间一致，极间电容小，高频特性好;

　　③可承受较大电流，线性度好;

　　④收集光电子效率低，灵敏度低，体积大，易破损;

　　应用：光功率测量，光信号记录，电影电视，紫外——可见分光光度计。

　　2、光电倍增管

　　特点：①光谱响应宽，灵敏度高;

　　②低功耗，低噪声，高分辨率;

　　③要求工作电压非常稳定，入射光功率不能太高;

　　④需要金属外壳屏蔽干扰，体积较大。

　　应用：光子计数，极微弱光探测，极低能射线探测，生化分析仪器，扫描电镜。

　　二、内光电效应器件

　　1、光敏电阻

　　特点：①价格低，体积小，质量轻，机械强度高，抗过载能力强，寿命长;

　　②灵敏度高，光谱响应范围宽;工作电流大;

　　③易饱和，受温度影响大，频率特性差。

　　应用：光控开关，紫外、红外、可见光探测器。

　　2、光电二极管

　　特点：①体积小，频率特性好性好;

　　②灵敏度高，工作频率宽，响应速度快;

　　③定向性探测，光谱响应在可见光和红外;

　　④PIN输出电流小;

　　⑤APD受温度影响大，稳定性差。

　　应用：光纤通信，激光测距，微弱信号探测。

　　3、光电三极管

　　特点：①光电流和灵敏度比光电二极管高;

　　②线性度差，易饱和;

　　③频率特性和温度特性差。

　　应用：光电控制，光电开关，光电逻辑元件，不适合做光电探测。

　　三、热探测器件

　　1、热释电器件

　　特点：①频率响应宽，时间常数小，探测率高;

　　②大面积均匀敏感面，受环境温度影响小;

　　③极间电容大，不适合高速探测。

　　应用：红外探测。

　　2、热敏电阻

　　特点：①价格便宜，体积小，结构简单，可测点温度;

　　②温度系数大，灵敏度高;

　　③使用方便，寿命长;

　　④互换性差，非线性严重;

　　应用：测量，控制。

　　光电探测器总的选择匹配原则是：

　　①光电探测器和辐射信号源及光学系统在光谱特性上相匹配;

　　②光电探测器的光电转换特性和入射辐射能量相匹配;

　　③光电探测器和光信号的调制形式、信号频率及波形相匹配;

　　④光电探测器和输入电路的电气特性相匹配。

光电探测器的应用

　　常用的光电探测器材料在射线和可见光波段有：CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge等;在近红外波段有：PbS、PbSe、InSb、Hg0。75Cd0。25Te等;在长于8微米波段有：Hg1-xCdxTe、PbxSn1-x、Te、Si掺杂、Ge掺杂等;CdS、CdSe、PbS等材料可以由多晶薄膜形式制成光电导探测器。

　　可见光波段光电探测器：

　　可见光波段的光电探测器CdS、CdSe、CdTe的响应波段都在可见光或近红外区域，通常称为光敏电阻。它们具有很宽的禁带宽度(远大于1电子伏)，可以在室温下工作，因此器件结构比较简单，一般采用半密封式的胶木外壳，前面加一透光窗口，后面引出两根管脚作为电极。高温、高湿环境应用的光电导探测器可采用金属全密封型结构，玻璃窗口与可伐金属外壳熔封。

　　器件灵敏度用一定偏压下每流明辐照所产生的光电流的大小来表示。例如一种CdS光敏电阻，当偏压为70伏时，暗电流为10^-6～10^-8安，光照灵敏度为3～10安/流明。CdSe光敏电阻的灵敏度一般比CdS高。

　　光敏电阻另一个重要参数是时间常数τ，它表示器件对光照反应速度的大小。光照突然去除以后，光电流下降到Zda值的1/e(约为37%)所需的时间为时间常数τ。也有按光电流下降到Zda值的10%计算τ的;各种光敏电阻的时间常数差别很大。CdS的时间常数比较大(毫秒量级)。

　　红外波段光电探测器：

　　红外波段的光电探测器PbS、Hg1-xCdxTe的常用响应波段在1～3微米、3～5微米、8～14微米三个大气透过窗口。由于它们的禁带宽度很窄，因此在室温下，热激发足以使导带中有大量的自由载流子，这就大大降低了对辐射的灵敏度。

　　响应波长越长的光，电导体这种情况越显著，其中1～3微米波段的光电探测器可以在室温工作(灵敏度略有下降)。3～5微米波段的光电探测器分三种情况：

　　在室温下工作，但灵敏度大大下降，探测度一般只有1～7×10⁸厘米·瓦^-1·赫;热电致冷温度下工作(约-60℃)，探测度约为10⁹厘米·瓦^-1·赫;77K或更低温度下工作，探测度可达10¹⁰厘米·瓦^-1·赫以上。8～14微米波段的探测器必须在低温下工作，因此光电导体要保持在真空杜瓦瓶中，冷却方式有灌注液氮和用微型制冷器两种。

　　红外光电探测器的时间常数比光敏电阻小得多，PbS光电探测器的时间常数一般为50～500微秒，HgCdTe光电探测器的时间常数在10^-6～10^-8秒量级。红外光电探测器有时要探测非常微弱的辐射信号，例如10^-14瓦;输出的电信号也非常小，因此要有专门的前置放大器。

　　光电探测器的应用选择也有一些讲究，在那些要求不是很严格的应用中，一般可以使用任何一种探测器。但是，在某些特定的情况下，就需要慎重选择光电探测器。