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3.6探測(cè)器性能比較

3.6.1單元光電探測(cè)器的性能及應(yīng)用比較

3.6.2光電成像器件性能及應(yīng)用比較

為了在設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)選擇探測(cè)器時(shí)綜合參考,將各類(lèi)光電探測(cè)器的性能和應(yīng)用范圍作一簡(jiǎn)要的比較;注意:由于實(shí)際工程測(cè)量和科學(xué)研究所需解決的問(wèn)題干差萬(wàn)別,以致對(duì)光電系統(tǒng)所需的性能參量各有側(cè)重。本節(jié)將以光電探測(cè)器的一些基本參量對(duì)各類(lèi)探測(cè)器作一比較。3.6.1單元光電探測(cè)器性能及應(yīng)用比較

(a)(b)(4)(PE-PhotoEmission)(PMT-PhotoMultiplierTube)(PC-Photoconductive)(PV-PhotoVoltaic)(SBD-SchottkyBarrierPhotoDiode)(PEM-photoelectromagnetic)(photondrageffective)(Bolometer)PositiveTemperatureCoefficient(seebeckeffect)Pyroelectricsensor(MCP-MicrochannelPlates)(Dynode)(APD-AvalanchePhotoDiode)thermocouples&thermopileNegativeTemperatureCoefficientSolarcell(photocell)PhotoDiodephotoconductor(imageintensifiers)

設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)時(shí),首先要考慮前置放大器的設(shè)計(jì),為了獲得低噪聲前置放大器,必須了解探測(cè)器內(nèi)阻值,以便根據(jù)最佳源電阻匹配原則選擇低噪聲放大器,以得到最大的輸出信噪比。一般按探測(cè)器內(nèi)阻高低可分為三類(lèi):

(1)低阻探測(cè)器:內(nèi)阻低于1000。

(2)中阻探測(cè)器:內(nèi)阻在100Ω一lMΩ之間。

(3)高阻探測(cè)器:內(nèi)阻高于1MΩ

一、典型探測(cè)器內(nèi)阻值比較二、光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍比較光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍主要由制作器件的材料決定,在前幾節(jié)對(duì)各種器件的光譜響應(yīng)范圍已作詳細(xì)介紹,這里可綜合歸納其基本要點(diǎn):1.熱電探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍最寬,從可見(jiàn)光到遠(yuǎn)紅外波段(0.4~100μm)都有平坦的光譜響應(yīng),它們的光譜響應(yīng)范圍主要取決于器件的窗口材料,常用的光學(xué)窗口材料有:一般光學(xué)玻璃(300~800nm);石英玻璃(0.26~3.5μm);鍺(1.7~23μm);KRS—5(碘化鉈—溴化鉈)(0.5~50μm)。2.光子探測(cè)器是對(duì)波長(zhǎng)響應(yīng)有選擇性的探測(cè)器。它們的響應(yīng)范圍由材料自身特性決定。光譜響應(yīng)范圍在可見(jiàn)光及近紅外波段,最重要的材料有:硒(350一700nm,λp為570nm)、硅(400—1100nm,λp為850nm),光譜響應(yīng)范圍在紅外波段的材料很多,但它們的共同特點(diǎn)是一般要在低溫下工作(多數(shù)在液氮溫度77K下工作)。三、探測(cè)器響應(yīng)頻率比較各種探測(cè)器響應(yīng)頻率特性都是由探測(cè)器的工作機(jī)制所決定的,各類(lèi)探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間見(jiàn)表3.3,一般規(guī)律:熱電探測(cè)器(除熱釋電探測(cè)器外)響應(yīng)頻率最低,一般只能達(dá)幾千Hz,其中熱電偶響應(yīng)頻率在100Hz范圍內(nèi);PC探測(cè)器響應(yīng)頻率次之,一般在幾MHz范圍內(nèi);PV探測(cè)器響應(yīng)頻率比PC探測(cè)器高,可達(dá)到幾百M(fèi)Hz,PIN管響應(yīng)頻率最高,可達(dá)GHz。四、光電特性比較光電特性直線性是指當(dāng)加在光電探測(cè)器的偏置電壓、負(fù)載電阻等參量不變時(shí),探測(cè)器輸出電壓(電流)值與入射在探測(cè)器上的光照度的線性關(guān)系。對(duì)于光度測(cè)量和輻射度測(cè)量來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)。一般地:光電導(dǎo)探測(cè)器的光電特性直線性最差;光伏探測(cè)器較好;光電倍增管的光電特性直線性最好。

五、入射光功率范圍比較入射光功率范圍是指探測(cè)器所能探測(cè)到的最低光功率和最高光功率。一般探測(cè)器的入射光功率范圍在10-7W到0.1W量級(jí)。作為特殊情況,在探測(cè)極微弱的可見(jiàn)光信號(hào)時(shí)多采用光電倍增管,其入射光功率范圍在10-9~10-3W內(nèi);APD在10-7~10-5W范圍內(nèi);探測(cè)高能量激光功率時(shí)多采用光子牽引探測(cè)器和熱電偶。

六、外加偏置電壓比較除熱電偶、光電池、光子牽引探測(cè)器以外,大部分光電探測(cè)器都需要外加偏置電壓才能形成光電流(電壓);一般偏置電壓都在幾伏到幾十伏范圍,可以由整個(gè)光電系統(tǒng)的供電電路統(tǒng)一供電,比較方便。光電倍增管的外加直流電壓在600~3000v范圍;供電電路必須另外單獨(dú)提供,給使用這類(lèi)探測(cè)器帶來(lái)不便;APD外加直流偏置電壓在100~200V,供電電路也須單獨(dú)提供。七、探測(cè)率D*大小的比較探測(cè)率D*包含了探測(cè)器噪聲特性,因此它是衡量一個(gè)探測(cè)器性能的綜合性指標(biāo)。從總體上看:熱電探測(cè)器的D*值最低,PC探測(cè)器的D*值次之,PV探測(cè)器的D*值最高。由于光電倍增管具有很高的內(nèi)增益,在紫外和可見(jiàn)光波段探測(cè)微弱光信號(hào)方面仍是其它固體探測(cè)器所不能替代的。

八、工作環(huán)境及穩(wěn)定性比較探測(cè)可見(jiàn)光波段的硅光電探測(cè)器、CdS,CdSe光敏電阻以及熱電偶對(duì)工作環(huán)境沒(méi)有特殊要求,而且體積小,穩(wěn)定性比較好,使用方便。光譜響應(yīng)在紅外波段的光電探測(cè)器一般都在低溫下工作,需要致冷裝置。如果對(duì)所探測(cè)的紅外波段信號(hào)的靈敏度的要求不是很高時(shí),一般可采用常溫工作的熱探測(cè)器。光電倍增管屬于真空類(lèi)器件,由于對(duì)雜散光、電磁干擾都十分敏感,同對(duì),器件尺寸大,需要防震、防潮,對(duì)工作環(huán)境的要求比較苛刻。九、價(jià)格比較硅、CdS、CdSe和制作熱敏電阻的金屬氧化物類(lèi)的材料均是比較成熟的材料,應(yīng)用范圍寬,制作工藝簡(jiǎn)單,因此價(jià)格便宜;應(yīng)用于紅外波段的各類(lèi)光子探

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