光電探測(cè)器的物理基礎(chǔ)

光電探測(cè)器的物理基礎(chǔ)第一頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日

3.1光電探測(cè)器的物理基礎(chǔ)§3.1.1光輻射與度量

§3.1.2光電探測(cè)器概述

§3.1.3光電探測(cè)器的性能參數(shù)

§3.1.4光電探測(cè)器的噪聲第二頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日3.1.1光輻射與度量在光探測(cè)中，定量地描述輻射能強(qiáng)度的量有兩類(lèi)：一類(lèi)是物理的——輻射度學(xué)量，是用能量單位描述光輻射能的客觀物理量；另一類(lèi)是生理的——光度學(xué)量，是描述光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺(jué)刺激大小的強(qiáng)度．即光度量是具有標(biāo)準(zhǔn)人眼視覺(jué)特性的人眼所接收到輻射量的度量。因此，輻射度量和光度量?jī)烧咴谘芯糠椒ê透拍钌戏浅ｎ?lèi)似，它們的基本物理量也是一一對(duì)應(yīng)的。

本質(zhì)上一樣第三頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日立體角的概念在光輻射測(cè)量中，常用的幾何量就是立體角。立體角涉及到的是空間問(wèn)題。任一光源發(fā)射的光能量都是輻射在它周?chē)囊欢臻g內(nèi)。因此，在進(jìn)行有關(guān)光輻射的討論和計(jì)算時(shí)，也將是一個(gè)立體空間問(wèn)題。與平面角度相似，我們可把整個(gè)空間以某一點(diǎn)為中心劃分成若干立體角。第四頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日定義:一個(gè)任意形狀椎面所包含的空間稱(chēng)為立體角。符號(hào)：Ω或ω

單位：Sr（球面度）如圖所示，△A是半徑為R的球面的一部分，△A的邊緣各點(diǎn)對(duì)球心O連線所包圍的那部分空間叫立體角。立體角的數(shù)值為部分球面面積△A與球半徑平方之比，即:第五頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日單位立體角：以O(shè)為球心、R為半徑作球，若立體角Ω截出的球面部分的面積為R2，則此球面部分所對(duì)應(yīng)的立體角稱(chēng)為一個(gè)單位立體角，或一球面度。對(duì)于一個(gè)給定頂點(diǎn)O和一個(gè)隨意方向的微小面積dS，它們對(duì)應(yīng)的立體角為其中θ為dS與投影面積dA的夾角，R為O到dS中心的距離。第六頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日球面所對(duì)應(yīng)的立體角：根據(jù)定義全球所對(duì)應(yīng)的立體角(全球所對(duì)應(yīng)的立體角是整個(gè)空間，又稱(chēng)為4π空間.)同理，半球所對(duì)應(yīng)的立體角為2π空間。第七頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日一、輻射度學(xué)的基本物理量

1．輻射能Q

輻射能是一種以電磁波的形式發(fā)射、傳播或接收的能量，單位為J(焦耳)。當(dāng)輻射能被物質(zhì)吸收時(shí)，可以轉(zhuǎn)換成其它形式的能量，如熱能、電能等。2．輻射通量Φ

輻射通量又稱(chēng)輻射功率P，是輻射能的時(shí)間變化率．單位為W(瓦)，是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的輻射能，

Φ=dQ/dt(J／s，焦耳每秒)。

第八頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日3．輻射強(qiáng)度I

點(diǎn)輻射源在給定方向上單位立體角內(nèi)的輻射通量，單位：W／sr(瓦每球面度)I=dΦdω在所有方向上輻射強(qiáng)度都相同的點(diǎn)輻射源在有限立體角內(nèi)發(fā)射的輻射通量為Φ=Iω在空間所有方向(＝4)上發(fā)射的輻射通量為Φ=4πI實(shí)際上，一般輻射源，其輻射強(qiáng)度隨方向而變化，如圖所示.

點(diǎn)輻射源在整個(gè)空間發(fā)射的輻射通量為：π

ωxyz第九頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日4．輻射照度E——輻照度輻射照度為投射在單位面積上的輻射通量，即：E＝dΦ／dA，

dA是投射輻射通量dΦ的元面積單位：W／m2(瓦每平方米)。5．輻射出射度M——輻出度輻射出射度為擴(kuò)展輻射源單位面積所輻射的通量，即：M=dΦ／dS，

dΦ是擴(kuò)展源表面dS在各方向上(通常為半空間

2π立體角)所發(fā)出的總的輻射通量，單位為W／㎡(瓦每平方米)。第十頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日輻照度E和輻出度M的比較：相同：?jiǎn)挝幌嗤瑓^(qū)別：前者是描述輻射接收面（探測(cè)器）所接收的輻射特性．后者則為描述擴(kuò)展輻射源向外發(fā)射的輻射特性。

第十一頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日6．輻射亮度L輻射亮度定義為擴(kuò)展源表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上單位立體角、單位投影面積內(nèi)發(fā)出的輻射通量：

擴(kuò)展輻射源第十二頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日7．光譜輻射量輻射源所輻射的能量往往由許多不同波長(zhǎng)的單色輻射所組成。為了研究各種波長(zhǎng)的輻射通量，需要對(duì)某一波長(zhǎng)的單色光的輻射能量作出相應(yīng)的定義。光譜輻射量是輻射量隨波長(zhǎng)的變化率。光譜輻射量也叫輻射量的光譜密度。第十三頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日光譜輻射通量Ф（λ）輻射源發(fā)出的光在波長(zhǎng)λ處的單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射通量。輻射通量與波長(zhǎng)的關(guān)系如圖。其關(guān)系式為：?jiǎn)挝唬篧／μm(瓦每微米)，或W／nm(瓦每納米)。輻射源的總輻射通量：第十四頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日前面介紹的幾個(gè)重要的輻射量，都有與光譜輻射量相對(duì)應(yīng)的關(guān)系：光譜輻照度：光譜輻射出射度：光譜輻射亮度：第十五頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日二、光度學(xué)的基本物理量1．光譜光視效率現(xiàn)象：人的視神經(jīng)對(duì)各種不同波長(zhǎng)光的感光靈敏度是不一樣的。對(duì)綠光最靈敏，對(duì)紅、藍(lán)光靈敏度較低。由于受視覺(jué)生理和心理作用，不同的人對(duì)各種波長(zhǎng)光的感光靈敏度也有差異。國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)根據(jù)對(duì)許多人的大量觀察結(jié)果，確定了人眼對(duì)各種波長(zhǎng)光的平均相對(duì)靈敏度，稱(chēng)之為“標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者”光譜光視效率，或稱(chēng)之為視見(jiàn)函數(shù)。第十六頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日暗視覺(jué)光譜光視效率虛線：亮度小于0.001cd/㎡時(shí)的暗視覺(jué)光譜光視效率，用Vˊ(λ)表示，此時(shí)的視覺(jué)主要由人眼視網(wǎng)膜上分布的桿狀細(xì)胞刺激所引起的；最大值：507nmVˊ(λ)V(λ)明視覺(jué)光譜光視效率實(shí)線：亮度大于3cd/m2時(shí)的明視覺(jué)光譜光視效率，用V(λ)表示，此時(shí)的視覺(jué)主要由人眼視網(wǎng)膜上分布的錐體細(xì)胞的刺激所引起的，最大值在555nm處。第十七頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日人眼的光譜光視效率的數(shù)值波長(zhǎng)（nm）波長(zhǎng)（nm）

明視覺(jué)

明視覺(jué)

暗視覺(jué)

暗視覺(jué)第十八頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日2．光度學(xué)的基本物理量

在輻射度量學(xué)中介紹的各個(gè)基本量Φ、M、I、L和E對(duì)整個(gè)電磁波譜都適用；而在光度學(xué)中光度量和輻射度量的定義、定義方程是一一對(duì)應(yīng)的，只是光度量只在光譜的可見(jiàn)波段(380nm—780nm)才有意義。為避免混淆，在光度量符號(hào)上加下標(biāo)“

v”。光度學(xué)中相應(yīng)量ΦV、MV、IV、LV和EV與輻射度量Φ、M、I、L和E之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系由表給出。第十九頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日輻射度量符號(hào)單位光度量符號(hào)單位輻射能

QJ(焦)光量

QVlm·s輻射通量ΦW（瓦）光通量ΦVlm（流明）輻照度EW·m－2光照度EVlx=lm/m2輻出度MW·m－2光出射度MVlm/m2

輻射強(qiáng)度IW·sr-1發(fā)光強(qiáng)度IVcd=lm/sr（坎德拉）輻射亮度LW·sr-1·m－2光亮度LVlm/(m2.sr)輻射度量和光度量的對(duì)照表第二十頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日由于人眼對(duì)等能量的不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光輻射能所產(chǎn)生的光感覺(jué)是不同的，因而按人眼的視覺(jué)特性V(λ)來(lái)評(píng)價(jià)的輻射通量Φ即為光通量ΦV，這兩者的關(guān)系為：式中，Km為最大光譜光視效率，亦稱(chēng)為光功當(dāng)量光通量ΦV的定義第二十一頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日Km表示人眼對(duì)波長(zhǎng)為555nm[V(555)=1]光輻射產(chǎn)生光感覺(jué)的效能。按國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)IPTS—68的理論計(jì)算值為

Km＝683(lm/W)Km確定之后，即可對(duì)光度量和輻射度量之間進(jìn)行準(zhǔn)確的換算。由此可進(jìn)一步探討輻射度和光度基準(zhǔn)的統(tǒng)一。同理，其它光度量與輻射量之間的關(guān)系：第二十二頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日光度量中的單位1.最基本的是發(fā)光強(qiáng)度單位：坎德拉(Candela)．cd；國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。定義：頻率為540×1012Hz(對(duì)應(yīng)在空氣中555nm波長(zhǎng))的單色輻射，在給定方向上的輻射強(qiáng)度為1／683W/sr時(shí)，在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1cd。2.光通量的單位是流明(lm):1lm它是發(fā)光強(qiáng)度為1cd的均勻點(diǎn)光源在單位立體角(1sr)內(nèi)發(fā)出的光通量。3.光照度的單位：勒克斯(lx)，

1lx它相當(dāng)于1lm的光通量均勻地照在1㎡面積上所產(chǎn)生的光照度。

第二十三頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日4.光亮度的單位：lm/(m2.sr)cd/m2

常用：熙提(sb)．Sb=lm/(cm2.sr)常見(jiàn)光源亮度晴天：10000cd/m2晴天日落后：1cd/m2

蠟燭火焰：約0.5sb鎢絲燈泡：約500sb

典型照度：辦公室工作：20－100lx

滿(mǎn)月的地面：0.2lx

晴朗夏日采光良好的室內(nèi)：100－500lx第二十四頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日左邊是光通量，其單位是流明(lm)：右邊的()d是光譜輻射通量，單位是瓦(w/nm），V()是光視效率，所以等號(hào)右邊引進(jìn)一個(gè)系數(shù)Km，從而使兩邊的單位一致。顯然Km的單位為流明／瓦(lm/W)稱(chēng)為最大光譜光視效能

Km＝683lm／W表示在人眼光譜光視效率最大(555nm)處，1W的輻射能通量相當(dāng)?shù)墓馔繛?83lm；換句話(huà)說(shuō)，此時(shí)1lm相當(dāng)于1／683W。第二十五頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日解：OP=x，P點(diǎn)所在球面的面積為：s=4πx2通過(guò)s的光通量：

Φ=Iω=4π(lm)因?yàn)槭屈c(diǎn)光源，均勻輻射，則P點(diǎn)的光照度：

EV=Φ/s=4π/4πx2=1/x2當(dāng)x=1m，EV=1（lx)當(dāng)x=2m，EV=0.25（lx)思考題：在O點(diǎn)處，有一點(diǎn)光源，發(fā)光強(qiáng)度為1cd，求：空間任意一點(diǎn)P的光照度EV=?思考：若光源為1W的燈泡，結(jié)論如何？第二十六頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日三、輻射度與光度中的基本定律余弦定律sS’0S和S’對(duì)O點(diǎn)所張的立體角是相同的，對(duì)于兩個(gè)面來(lái)講其輻射通量是相同的，兩個(gè)面的輻照度分別為：由于所以任一表面上的輻照度隨該表面法線和輻射能傳輸方向之間夾角的余弦而變化第二十七頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日距離平方反比定律點(diǎn)光源在傳輸方向上某點(diǎn)的輻照度和該點(diǎn)到點(diǎn)光源的距離平方成反比亮度守恒定律第二十八頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日1、光源發(fā)射光波的過(guò)程或光波自身稱(chēng)為光輻射（1）躍遷輻射與受激輻射.原子能級(jí)躍遷.分子能級(jí)躍遷（2）熱輻射：有一定溫度的物體引起的輻射（3）湮滅輻射（4）場(chǎng)致發(fā)光（5)同步輻射光輻射黑體輻射第二十九頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日熱輻射

任何溫度在絕對(duì)溫度以上的物體都存在熱輻射熱輻射的光譜是連續(xù)光譜；熱輻射的光譜分布取決于發(fā)射體的溫度和性質(zhì)發(fā)射本領(lǐng)與吸收本領(lǐng)。發(fā)射本領(lǐng)：?jiǎn)挝活l率間隔內(nèi)單位面積物體所發(fā)射的輻射通量稱(chēng)為發(fā)射本領(lǐng)，它是溫度和頻率的函數(shù)。吸收本領(lǐng)：被物體吸收的輻射通量占射到物體上的輻射通量的百分比,也是溫度和頻率的函數(shù)。第三十頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日黑體輻射定律基爾霍夫定律：任何物體的發(fā)射本領(lǐng)和吸收本領(lǐng)在同一溫度下成正比，其比值是與物質(zhì)性質(zhì)無(wú)關(guān)、僅隨頻率和溫度而改變的普適函數(shù)。吸收本領(lǐng)等于1的黑體，其發(fā)射本領(lǐng)即為普適函數(shù)普朗克公式第三十一頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日維恩維移定律：任何溫度下黑體的發(fā)射本領(lǐng)都有一最大值，它對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)和絕對(duì)溫度成反比，即

λmT=b(b=2898um.K)它表明，隨著溫度的提高，輻射本領(lǐng)的最大值向短波方向移動(dòng)。根據(jù)它可判斷熱輻射顏色與溫度的關(guān)系.

（探測(cè)器的選擇）斯忒藩—波爾茲曼定律：——測(cè)溫中的應(yīng)用黑體總輻射通量和絕對(duì)溫度的四次方成正比：Φ=σT4第三十二頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日比輻射率(輻射率)ε

在自然界中黑體的發(fā)射能力最強(qiáng)，它實(shí)際上是一種理想情況，實(shí)際物體的發(fā)射能力都小于黑體。實(shí)際物體的熱輻射情況：在普朗克公式中應(yīng)乘以一個(gè)小于1的系數(shù)ε。這個(gè)系數(shù)稱(chēng)為物體的比輻射率(發(fā)射率)，也稱(chēng)為熱輻射效率。第三十三頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日ε的值不僅依賴(lài)于波長(zhǎng)和溫度，也依賴(lài)發(fā)射的角度。但是大多數(shù)常見(jiàn)物體的ε與發(fā)射角度的依賴(lài)關(guān)系基本上可忽略，與波長(zhǎng)和溫度的依賴(lài)關(guān)系也很微弱。在常用的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，為實(shí)用方便，常把ε作為常數(shù)。定義為實(shí)際物體的輻射能力M(T)與同溫度下黑體輻射能力Mb(T)的比值：第三十四頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日常見(jiàn)物質(zhì)的輻射率瀝青： 混凝土： 0.94水泥： 0.96土： 水： 人的皮膚：0.98塑料： 0.85第三十五頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日四、光電儀器中的常用光源光源熱輻射光源氣體放電光源固體發(fā)光光源激光器太陽(yáng)白熾燈、鹵鎢燈黑體輻射器汞燈熒光燈鈉燈氙燈金屬鹵化物燈空心陰極燈場(chǎng)致發(fā)光燈發(fā)光二極管氣體激光器固體激光器染料激光器半導(dǎo)體激光器溫度輻射發(fā)光光致發(fā)光陰極射線發(fā)光放射線發(fā)光電致發(fā)光注入式電發(fā)光

第三十六頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日光源的基本特性參數(shù)一、輻射效率和發(fā)光效率輻射效率是在給定１～２波長(zhǎng)范圍內(nèi)，某一光源發(fā)出的輻射通量與產(chǎn)生這些輻射通量所需的電功率之比發(fā)光效率是指某一光源所發(fā)射的光通量與產(chǎn)生這些光通量所需的電功率之比第三十七頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日常用光源的發(fā)光效率光源種類(lèi)發(fā)光效率（lm/W)光源種類(lèi)發(fā)光效率（lm/W)普通鎢絲燈8~18高壓汞燈30~40鹵鎢燈14~30高壓鈉燈90~100普通熒光燈35~60球形氙燈30~40三基色熒光燈55~90金屬鹵化物燈60~80第三十八頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日二、光譜功率分布1.連續(xù)光譜源。它通常是熱激發(fā)源，由從紫外到紅外范圍的發(fā)射波長(zhǎng)，如白熾燈。2.線光譜源。它的光譜在紫外到紅外有一些分立的窄帶。氣體放電燈和磷光燈。３.帶狀光譜。如高壓鈉燈４.混合光譜。如熒光燈第三十九頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日三、光源的色溫分布色溫輻射源在某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射的相對(duì)光譜功率分布與黑體在某一溫度下輻射的相對(duì)光譜功率分布一致，那么該黑體的溫度就稱(chēng)為輻射源的分布色溫輻射源的色溫輻射源發(fā)射光的顏色與黑體在某溫度下輻射光的顏色相同，則黑體這一溫度稱(chēng)為輻射源的色溫第四十頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日

光電探測(cè)器概述光電探測(cè)器：光電傳感器光電器件光電探測(cè)器是一種將輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，是光電系統(tǒng)的核心組成部分，在光電系統(tǒng)中的作用是發(fā)現(xiàn)信號(hào)、測(cè)量信號(hào)，為隨后的應(yīng)用提取必要的信息。

光電探測(cè)器的分類(lèi)

光電探測(cè)器的種類(lèi)很多，新的器件也不斷出現(xiàn)，按探測(cè)機(jī)理的物理效應(yīng)可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是利用各種光子效應(yīng)的光子探測(cè)器另一類(lèi)是利用溫度變化效應(yīng)的熱探測(cè)器

第四十一頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日光電管光電倍增管真空攝像管變像管像增強(qiáng)器光敏電阻光電池光電二極管光電三極管光電耦合器電荷耦合器件CCDCMOS圖像傳感器真空器件固體器件光子探測(cè)器熱探測(cè)器光電探測(cè)器熱電偶和熱電堆測(cè)輻射熱計(jì)熱釋電探測(cè)器第四十二頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日一．光子探測(cè)器在光電探測(cè)器的發(fā)展中，最受重視的是入射光子和材料中的電子發(fā)生各種相互作用的光電子效應(yīng)。幾乎所有情況下，所用的材料都是半導(dǎo)體。典型的光電子效應(yīng)：光電子發(fā)射效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)基于光電子發(fā)射效應(yīng)的器件在吸收了大于紅外波長(zhǎng)的光子能量以后．器件材料中的電子能逸出材料表面，這種器件稱(chēng)為外光電效應(yīng)器件?；诠怆妼?dǎo)、光伏特和光電磁效應(yīng)的器件，在吸收了大于紅外波長(zhǎng)的光子能量以后，器件材料中出現(xiàn)光生自由電子和空穴，這種器件稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)器件。第四十三頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日1光電子發(fā)射探測(cè)器—

外光電效應(yīng)原理：光電子發(fā)射效應(yīng)也稱(chēng)外光電效應(yīng)。入射輻射的作用是使電子從光電陰極表面發(fā)射到周?chē)目臻g中，即產(chǎn)生光電子發(fā)射。產(chǎn)生光電子發(fā)射所需光電能量取決于光電陰極的逸出功。因此，光電子發(fā)射存在長(zhǎng)波限，光子能量hc／λ低于陰極材料逸出功就不能產(chǎn)生光電子發(fā)射。陽(yáng)極接收光電陰極發(fā)射的光電子所產(chǎn)生的光電流正比于入射輻射的功率。第四十四頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日光電子發(fā)射探測(cè)器：利用光電子發(fā)射效應(yīng)的探測(cè)器稱(chēng)為光電子發(fā)射探測(cè)器，典型：光電管和光電倍增管光電管由光電陰極和陽(yáng)極構(gòu)成．用于響應(yīng)要求極快的場(chǎng)合。應(yīng)用最廣的是光電倍增管，它的內(nèi)部有電子倍增系統(tǒng)，因而有很高的電流增益，能檢測(cè)極微弱的光輻射信號(hào)。光電子發(fā)射探測(cè)器主要是可見(jiàn)光探測(cè)器，因此在紅外系統(tǒng)中應(yīng)用不多。

第四十五頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日光電倍增管光電倍增管第四十六頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日2光電導(dǎo)探測(cè)器——內(nèi)光電效應(yīng)原理：入射光輻射與晶格原子或雜質(zhì)原子的束縛電子相互作用，產(chǎn)生自由電子一空穴對(duì)從而使半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)增加。特點(diǎn)：光子所激發(fā)的載流子仍保留在材料內(nèi)部，所以光電導(dǎo)是一種內(nèi)光電效應(yīng)。利用光電導(dǎo)效應(yīng)的探測(cè)器是光電導(dǎo)探測(cè)器。光電導(dǎo)是應(yīng)用最廣泛的光電子效應(yīng)。

第四十七頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日

光電導(dǎo)探測(cè)器響應(yīng)范圍根據(jù)器件材料不同可從可見(jiàn)光、近紅外延伸至遠(yuǎn)紅外；光電導(dǎo)探測(cè)器是均質(zhì)型器件，沒(méi)有極性之分，工作時(shí)必須外加偏壓(偏流)，并應(yīng)注意選擇正確工作溫度和最佳偏壓(或偏流)，以便充分發(fā)揮器件性能。第四十八頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日典型器件：光敏電阻第四十九頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日光敏電阻應(yīng)用原理圖：RdRLCV0光輻射第五十頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日3光伏探測(cè)器——內(nèi)光電效應(yīng)光伏效應(yīng)是另一種應(yīng)用廣泛的內(nèi)光電效應(yīng)，是半導(dǎo)體受光照射產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。它與光電導(dǎo)效應(yīng)不同之處，在于需要一種將正、負(fù)載流子在空間上分離的機(jī)制——內(nèi)部勢(shì)壘。第五十一頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日通常用PN結(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種效應(yīng)。原理：當(dāng)入射光子在PN結(jié)及其附近產(chǎn)生電子—空穴對(duì)時(shí)，光生裁流子受勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)作用，電子漂移到n區(qū)，空穴漂移到p區(qū)。如果在外電路中把p區(qū)和n區(qū)短接，就產(chǎn)生反向的短路信號(hào)電流。假若外電路開(kāi)路，則光生的電子和空穴分別在n區(qū)和P區(qū)積累，兩端便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)光伏效應(yīng)。

第五十二頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)型光伏探測(cè)器工作時(shí)有些不需加偏置電壓，不加偏置電壓的是光電池。如果加上反向偏壓，則入射輻射會(huì)使反向電流增加，這時(shí)觀測(cè)到的光電信號(hào)是光電流。加偏壓工作的探測(cè)器是光電二極管。常用的光伏探測(cè)器有：光電池光電二極管、光電三極管雪崩光電二極管(APD)、

PIN光電二極管第五十三頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日光伏探測(cè)器第五十四頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日光子探測(cè)器的特點(diǎn)：它是一種波長(zhǎng)選擇性探測(cè)器，要產(chǎn)生光子效應(yīng)，光子的能量要超過(guò)某一確定的值，即光子的波長(zhǎng)要短于長(zhǎng)波限。波長(zhǎng)長(zhǎng)于長(zhǎng)波限的入射輻射不能產(chǎn)生所需的光子效應(yīng)，因而也就不能被探測(cè)出來(lái)。第五十五頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日二．熱探測(cè)器熱探測(cè)器對(duì)輻射的響應(yīng)和光子探測(cè)器不同。原理：基于材料吸收了光輻射能量以后溫度升高的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象稱(chēng)為光熱效應(yīng)。光熱效應(yīng)的特點(diǎn)是入射光輻射與物質(zhì)中的晶格相互作用，晶格因吸收光能而增加振動(dòng)能量，這又引起物質(zhì)的溫度上升，從而導(dǎo)致與溫度有關(guān)的材料的某些物理性質(zhì)的變化。通過(guò)物理性質(zhì)的變化反過(guò)來(lái)定量測(cè)量光輻射功率的大小。第五十六頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日與光子將能量直接轉(zhuǎn)移結(jié)電子的光電效應(yīng)有本質(zhì)的不同。光熱效應(yīng)與入射輻射的光子的性質(zhì)沒(méi)有關(guān)系。因此，熱效應(yīng)一般與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，即光電信號(hào)取決于入射輻射功率而與入射輻射的光譜成份無(wú)關(guān)，即對(duì)光輻射的響應(yīng)無(wú)波長(zhǎng)選擇性，光熱效應(yīng)：溫差電效應(yīng)電阻率變化效應(yīng)自發(fā)極化強(qiáng)度的變化效應(yīng)氣體體積和壓強(qiáng)的變化效應(yīng)等利用這些效應(yīng)可制作各種熱探測(cè)器。第五十七頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日1測(cè)輻射溫差熱電偶和熱電堆當(dāng)由兩種不同材料制成的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)溫差時(shí)，在該兩點(diǎn)間就有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，通過(guò)這兩點(diǎn)的閉合回路中就有電流流過(guò)，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為溫差電效應(yīng)。溫差電效應(yīng)包括塞貝克效應(yīng)、珀耳帖效應(yīng)和湯姆遜效應(yīng)。第五十八頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日塞貝克(seebeck)效應(yīng)：當(dāng)由兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成閉合回路的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)置于不同溫度時(shí)．在兩點(diǎn)之間就產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)；這個(gè)電動(dòng)勢(shì)在閉合回路中引起連續(xù)電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為塞貝克效應(yīng)。其中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為溫差電動(dòng)勢(shì)或塞貝克電動(dòng)勢(shì)，上述回路稱(chēng)為熱電偶。產(chǎn)生塞貝克電動(dòng)勢(shì)的原因：是由于受熱不均勻的兩結(jié)點(diǎn)的接觸電位差不同所致。

第五十九頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)輻射熱電堆：為了增加信號(hào)電壓，將測(cè)輻射熱電偶串聯(lián)，形成測(cè)輻射熱電堆。測(cè)輻射熱電堆常常是在襯底上蒸上一層金屬膜，然后再蒸上第二種材科與第一層膜部分重疊，從而形成若干接觸點(diǎn)。雖然測(cè)輻射熱電偶和熱電堆的光電信號(hào)要比許多種光子探測(cè)器弱，但它們牢固，而且不需要電偏置和致冷，故有應(yīng)用很廣。

第六十頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日2測(cè)輻射熱計(jì)原理：當(dāng)吸收光輻射而溫度升高時(shí)，金屬的電阻會(huì)增加，而半導(dǎo)體材料的電阻會(huì)降低。從材料電阻變化可測(cè)定被吸收的光輻射功率。利用材料的電阻變化制成的熱探測(cè)器就是電阻測(cè)輻射熱計(jì)。材料的電阻與溫度的關(guān)系可用材料的電阻溫度系數(shù)αT來(lái)表征。第六十一頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：材料溫度從T改變到了T+ΔT，材料的阻值改變量ΔR只與材料的阻值R及溫度改變量ΔT成正比，即：ΔR=αTRΔT

當(dāng)ΔT足夠小時(shí)，則有：dR=αTRdT

由此得到：

αT=第六十二頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日電阻溫度系數(shù)αT與材料的種類(lèi)和溫度有關(guān)。描述測(cè)輻射熱器材料的電阻值對(duì)溫度變化靈敏程度的基本參數(shù)。當(dāng)溫度變化時(shí)，αT值越大，其電阻阻值變化就越大；αT值越小，其電阻阻值變化就越小在室溫下金屬材料的αT約為0.0033。半導(dǎo)體材料的αT值約為-0.033；比金屬材料的αT值大一個(gè)數(shù)量級(jí)。

第六十三頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日3熱釋電探測(cè)器——熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)：某些晶體(如硫酸三甘肽—TGS、鈮酸鋰—LiNbO3、鈮酸鍶鋇—SBN等)受光照射時(shí)溫度升高，從而在晶體的特定方向上由于自極化強(qiáng)度隨溫度變化而引起表面電荷的變化。第六十四頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日熱釋電探測(cè)器由熱釋電晶體制成。原理：當(dāng)強(qiáng)度調(diào)制過(guò)的光輻射投射到熱釋電晶體上時(shí)，引起自發(fā)電極化強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，結(jié)果在垂直于極化方向的晶體兩個(gè)外表面之間出現(xiàn)微小變化的信號(hào)電壓，由此可測(cè)定所吸收的光輻射功率。第六十五頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日熱探測(cè)器的特點(diǎn)：所有熱探測(cè)器，在理論上對(duì)一切波長(zhǎng)都具有相同的響應(yīng)，因而是非選擇性探測(cè)器。這和光子探測(cè)器在光譜響應(yīng)上的主要區(qū)別。熱探測(cè)器除低溫測(cè)輻射熱器外一般無(wú)需致冷。熱探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間一般比光子探測(cè)器長(zhǎng)。第六十六頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日3.1.3光電探測(cè)器的性能參數(shù)

光電探測(cè)器是光電系統(tǒng)的核心，一般光電系統(tǒng)都是圍繞光電探測(cè)器的性能進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而探測(cè)器的性能由特定工作條件下的一些參數(shù)來(lái)表征。先討論光電探測(cè)器的性能參數(shù)與工作條件的關(guān)系第六十七頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日光電探測(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。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)橹挥羞@樣，光電探測(cè)器才能互換使用。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．偏置情況第六十八頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日1．輻射源的光譜分布對(duì)光子探測(cè)器，其響應(yīng)是輻射波長(zhǎng)的函數(shù)．僅對(duì)一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射有信號(hào)輸出。這種稱(chēng)為光譜響應(yīng)的信號(hào)依賴(lài)于輻射波長(zhǎng)的關(guān)系，決定了探測(cè)器探測(cè)特定目標(biāo)的有效程度。所以在說(shuō)明探測(cè)器的性能時(shí)，一般都需要給出測(cè)定性能時(shí)所用輻射源的光譜分布。如果輻射源是單色輻射，則需給出輻射波長(zhǎng)。假如輻射源是黑體，那么要指明黑體的溫度。當(dāng)輻射經(jīng)過(guò)調(diào)制時(shí)，則要說(shuō)明調(diào)制頻率。第六十九頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日2．電路的通頻帶和帶寬因噪聲限制了探測(cè)器的極限性能噪聲電壓或電流均正比于帶寬的平方根，有些噪聲還是頻率的函數(shù)。所以在描述探測(cè)器的性能時(shí)，必須明確通頻帶和帶寬。第七十頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日3．工作溫度許多探測(cè)器，特別是用半導(dǎo)體材料制作的探測(cè)器，無(wú)論是信號(hào)還是噪聲，都和工作溫度有密切關(guān)系。所以必須明確工作溫度。最通用的工作溫度是：室溫(295K)、干冰溫度(195K)、液氮溫度(77K)、液氫溫度(20．4K)

液氦溫度(4．2K)第七十一頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日4．光敏面尺寸探測(cè)器的信號(hào)和噪聲都和光敏面積有關(guān)，大部分探測(cè)器的信號(hào)噪聲比與光敏面積的平方根成比例。參考面積一般為1cm2。第七十二頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日5．偏置情況大多數(shù)探測(cè)器需要某種形式的偏置。例如光電導(dǎo)探測(cè)器和電阻測(cè)輻射熱器需要直流偏置電源信號(hào)和噪聲往往與偏置情況有關(guān)，因此要說(shuō)明偏置的情況。第七十三頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日有關(guān)響應(yīng)方面的性能參數(shù)

1．響應(yīng)率(或稱(chēng)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)第七十四頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日1．響應(yīng)率(或稱(chēng)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)。定義：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分別稱(chēng)為光電探測(cè)器的電壓響應(yīng)率和電流響應(yīng)率。如果使用波長(zhǎng)為λ的單色輻射源，則稱(chēng)為單色響應(yīng)率。光電探測(cè)器的響應(yīng)率又稱(chēng)為光電探測(cè)器的靈敏度，分為單色靈敏度和積分靈敏度。第七十五頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日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。

第七十六頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日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(chēng)為積分響應(yīng)度。第七十七頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日光電探測(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：

光電探測(cè)器的長(zhǎng)波限光電探測(cè)器的短波限第七十八頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日4．響應(yīng)時(shí)間

響應(yīng)時(shí)間是描述光電探測(cè)器對(duì)入射輻射變化響應(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(chēng)為響應(yīng)時(shí)間。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，光電探測(cè)器的輸出由于器件的惰性而有延遲。上升時(shí)間：10％上升到90％峰值處所需的時(shí)間。下降時(shí)間：90％下降到10％峰值處所需的時(shí)間。

第七十九頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日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(chēng)為頻率響應(yīng)。利用時(shí)間常數(shù)可得到光電探測(cè)器響應(yīng)度與入射輻射調(diào)制頻率的關(guān)系，其表達(dá)式為：Ro為頻率為零時(shí)的響應(yīng)度；

τ為時(shí)間常數(shù)。當(dāng)可得放大器的上限截止頻率

上==第八十頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日有關(guān)噪聲方面的參數(shù)

從響應(yīng)度的定義來(lái)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(lái)。當(dāng)入射功率很低時(shí)，輸出只是些雜亂無(wú)章的變化信號(hào)，而無(wú)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。如果對(duì)這些隨時(shí)間而起伏的電壓(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(chēng)為探測(cè)器的噪聲電壓(流)。

第八十一頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日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)。在負(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：S/N評(píng)價(jià)器件的局限性：第八十二頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日2．等效噪聲輸入(ENI)定義：器件在特定帶寬(1Hz)內(nèi)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)的輸入通量。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。

第八十三頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日3．噪聲等效功率(NEP)

（最小可探測(cè)功率Pmin）它定義為信號(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。一個(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。

第八十四頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日4．探測(cè)率D與比探測(cè)率D*只用NEP無(wú)法比較兩個(gè)不同來(lái)源的光電探測(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

第八十五頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日探測(cè)率D的局限性：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值也不相同。為了能方便地對(duì)不同來(lái)源的光電探測(cè)器進(jìn)行比較，需要把探測(cè)率D標(biāo)準(zhǔn)化(歸一化)到測(cè)量帶寬為1Hz、光電探測(cè)器光敏面積為1cm2。這樣就能方便地比較不同測(cè)量帶寬、對(duì)不同光敏面積的光電探測(cè)器測(cè)量得到的探測(cè)率。第八十六頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論分析表明，對(duì)于許多類(lèi)型的光電探測(cè)器來(lái)說(shuō)，其噪聲電壓VN與光電探測(cè)器光敏面積Ad的平方根成正比，與測(cè)量帶寬的平方根成正比。因此將VN除以，則D就與Ad和帶寬無(wú)關(guān)了。也就是歸一化到測(cè)量帶寬為1Hz、光探測(cè)器光敏面積為1cm2。這種歸一化的探測(cè)率稱(chēng)為比探測(cè)率，用D*記之。根據(jù)定義，D*的表達(dá)式為:第八十七頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日5．暗電流Id即光電探測(cè)器在沒(méi)有輸入信號(hào)和背景輻射時(shí)所流過(guò)的電流（加電源時(shí)）。一般測(cè)量其直流值或平均值。

第八十八頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日其他參數(shù)1．量子效率η（λ）2．線性度第八十九頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日1．量子效率η（λ）量子效率是評(píng)價(jià)光電器件性能的一個(gè)重要參數(shù)，它是在某一特定波長(zhǎng)上每秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光量子數(shù)之比。單個(gè)光量子的能量為，單位波長(zhǎng)的輻射通量為波長(zhǎng)增量?jī)?nèi)的輻射通量為所以在此窄帶內(nèi)的輻射通量，換算成量子流速率N為:第九十頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日量子流速率N即為每秒入射的光量子數(shù)。若IS為信號(hào)電流，q為電子電荷，每秒產(chǎn)生的光電子數(shù)為:

因此量子效率為：若＝1(理論上)，則入射一個(gè)光量子就能發(fā)射一個(gè)電子或產(chǎn)生一對(duì)電子一空穴對(duì)；實(shí)際上，<1。一般反映的是入射輻射與最初的光敏元的相互作用。對(duì)于有增益的光電探測(cè)器(如光電倍增管等)會(huì)遠(yuǎn)大于1，此時(shí)我們一般使用增益或放大倍數(shù)這個(gè)參數(shù)。第九十一頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日2．線性度線性度是描述探測(cè)器的光電特性或光照特性曲線輸出信號(hào)與輸入信號(hào)保持線性關(guān)系的程度。光電探測(cè)器線性區(qū)的大小與探測(cè)器后的電子線路有很大關(guān)系。因此要獲得所要的線性區(qū)，必須設(shè)計(jì)有相應(yīng)的電子線路。線性區(qū)的下限一般由器件的暗電流和噪聲因素決定，上限由飽和效應(yīng)或過(guò)載決定。光電探測(cè)器的線性區(qū)還隨偏置、輻射調(diào)制及調(diào)制頻率等條件的變化而變化。第九十二頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日例：已知某探測(cè)器的面積為3×4cm2，D*=1011cmHz1/2w-1，光電儀器的帶寬為300Hz，該儀器所能探測(cè)的光輻射的最小輻射功率？解：由D*的定義：當(dāng)Vs/VN=1時(shí)，得到最小探測(cè)功率，

Ad=3×4cm2，D*=1011cmHz1/2w-1，Δ?=300Hz

代入，得最小輻射功率

Pmin=6×10-10W第九十三頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日

光電探測(cè)器的噪聲光電探測(cè)系統(tǒng)實(shí)際上是光信號(hào)的變換、傳輸及處理的系統(tǒng)。它除了包含光探測(cè)器外，還配有電子學(xué)系統(tǒng)(例如低噪聲前置放大器等)、光學(xué)系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)在工作時(shí)，總會(huì)受到一些無(wú)用信號(hào)的干擾，例如：光電變換中光電子隨機(jī)起伏的干擾；輻射光場(chǎng)在傳輸過(guò)程中受到通道的影響背景光的干擾；放大器引入的干擾等等。這些非信號(hào)的成分統(tǒng)稱(chēng)為噪聲

第九十四頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日廣義上講，任何疊加在信號(hào)上的不希望的隨機(jī)擾動(dòng)或干擾統(tǒng)稱(chēng)為噪聲。這些干擾及擾動(dòng)主要來(lái)自?xún)煞矫妫?1)來(lái)自被研究系統(tǒng)的外部(2)來(lái)自被研究系統(tǒng)內(nèi)部探測(cè)器噪聲光子噪聲電路噪聲第九十五頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日(1)來(lái)自被研究系統(tǒng)的外部通常由電、磁、機(jī)械、雜散光等因素所引起，這種干擾絕大多數(shù)是“人為的”，如：●電源50Hz干擾；●工業(yè)設(shè)備電火花干擾等。但這種干擾多具有一定規(guī)律性，采取適當(dāng)?shù)拇胧?如屏蔽、濾波、遠(yuǎn)離噪聲源等)可以將其減小或消除。

第九十六頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日(2)來(lái)自被研究系統(tǒng)內(nèi)部來(lái)自被研究系統(tǒng)內(nèi)部的材料、器件或固有的物理過(guò)程的自然擾動(dòng)。例如：●導(dǎo)體中帶電粒子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的熱噪聲，●光探測(cè)過(guò)程中光子計(jì)數(shù)引起的散粒噪聲等。特點(diǎn)：是隨機(jī)過(guò)程，它既不能預(yù)知其精確大小及規(guī)律，也不能完全消除，遵循的統(tǒng)計(jì)規(guī)律、也可以通過(guò)一些措施予以控制。

第九十七頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日噪聲在實(shí)際的光電探測(cè)系統(tǒng)中是極其有害的。由于噪聲總是與有用信號(hào)混在一起，因而影響對(duì)信號(hào)特別是微弱信號(hào)的正確探測(cè)。一個(gè)光電探測(cè)系統(tǒng)的極限探測(cè)能力往往由探測(cè)系統(tǒng)的噪聲所限制。在精密測(cè)量、通訊、自動(dòng)控制、核探測(cè)等領(lǐng)域，減小和消除噪聲是十分重要的問(wèn)題。

第九十八頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日●噪聲是—種隨機(jī)信號(hào)，它實(shí)質(zhì)上就是物理量圍繞其平均值的漲落現(xiàn)象。●任何一個(gè)宏觀測(cè)量的物理量都是微觀過(guò)程的統(tǒng)計(jì)平均值。所以研究噪聲一般采用長(zhǎng)周期測(cè)定其均方值(即噪聲功率)的方法，在數(shù)學(xué)上即用隨機(jī)量的起伏方差來(lái)計(jì)算。●對(duì)于平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程、通常采用先計(jì)算噪聲電壓(電流)的平方值，然后將其對(duì)時(shí)間作平均，來(lái)求噪聲電壓(電流)的均方值，即：

表示噪聲電壓(電流)消耗在1Ω電阻上的平均功率，所以往往把或通稱(chēng)為噪聲功率。第九十九頁(yè)，共一百零八頁(yè)，2022年，8月28日光電探測(cè)器噪聲在光電探測(cè)器中固有噪聲主要有：●熱噪聲●散粒噪聲●產(chǎn)生—復(fù)合噪聲(g—r噪聲)●溫度噪聲●