光電檢測系統(tǒng)的基本工作原理

光電檢測系統(tǒng)的根本工作原理。光電檢測系統(tǒng)是指對待測光學量或由非光學待測物理量轉換成的光學量，通過光電變換和電路處理的方法進展檢測的系統(tǒng)。光電檢測系統(tǒng)的根本組成及各部份的主要作用。光電檢測系統(tǒng)的組成：三要素：檢測對象、光、光電變換。能否使光束準確地攜帶所要檢測量的信息，是打算所設計系統(tǒng)成敗的關鍵光電檢測技術的現(xiàn)代進展1〕非接觸化進展2〕盡可能多的信息量3〕集成化，智能化進展光電檢測方法 〔1〕.光信息攜帶的物理量可分為：光強型、頻率型、相位型、脈沖型、偏振型、位置型等〔2〕.所用的光學現(xiàn)象分為：衍射法、干預法、全息法、散射法、光譜法、莫爾條紋法、光掃描法等〔3〕從檢測系統(tǒng)角度分為：直接作用法、差動法〔差分法〕、補償法光輻射所帶的信息如光強分布、時間、光譜能量分布、溫度分布等由光電探測器轉變成電信號測量出來系統(tǒng)誤差在檢測過程中產生恒定不變的誤差叫恒差或按確定規(guī)律變化的誤差叫變差，統(tǒng)稱為系統(tǒng)誤差＜系統(tǒng)誤差產生的緣由有工具誤差、裝置誤差、方法誤差、外界誤差和人身誤差等隨機誤差在盡力消退并改正了一切明顯的系統(tǒng)誤差之后，對同一待測量進展反復屢次的等精度測量，每次測量的結果都不會完全一樣，而呈現(xiàn)岀無規(guī)章的隨機變化，這種誤差稱為隨機誤差。靈敏度系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸岀量變化引起此變化的輸入量變化的比值算術平均值：算術平均值：X=—”Xn=0.8416Nn土1N均方差或標準誤差0.0025丨1N-2■? (xnx)2-：:N-1n/？算術平均值的標準偏差x-s--0.00095■v”NOCT

a=—^==000067V2NJJ

；x=k；xD=^x/xX100%D大誤差測值岀現(xiàn)的處理主要方法是：〔1〕認真檢查有無瞬時系統(tǒng)誤差產生，準時覺察并處理。⑵增加檢測的次數(shù)，以減小大誤差測值對檢測結果的影響。〔3〕利用令人信服的判據(jù)，對檢測數(shù)據(jù)進展判定后，將不合理數(shù)據(jù)賜予剔除輻射度量〔Radiometry〕：能量的分布的強弱、時間、空間等特性輻射能本身的客觀度量，是純粹的物理量。光度量〔Photometry〕:考慮到人眼的主觀感受，包括生理學、心理學在內1〕輻射能〔Q〕:簡稱輻能，描述以輻射的形式放射、傳輸或接收的能量，單位焦耳

〔J〕例：地球外表垂直陽光方向上，每平方米面積上每分鐘太陽輻射能輻射密度〔w〕：定義為單位體積元內的輻射能，即

48000J。輻射通量或者輻射功率〔①,P〕:定義為以輻射的形式發(fā)射、傳輸或接收的功率，用以描述輻能的時間特性。2“：/2在半球內放射的總通量 P為 PUds。川。cos： sinPLdsM P =-Lds依據(jù)岀射度的定義得dsw -w -dQdv嚴dt輻射強度〔I〕:定義為在給定傳輸方向上的單位立體角內光源發(fā)岀的輻射通量，即輻射強度描述了光源輻射的方向特性，且對點光源的輻射強度描述具有更重要的意義大多數(shù)光源向空間各方向的輻射強度是不均勻的。輻射強度描述了光源在空間某個方向上放射輻射通量的大小和分布。輻亮度〔L〕:定義為光源在垂直其輻射傳輸方向上單位外表積單位立體角內發(fā)出的輻射通量，即二, d2① L二dOdAcos日dAcos日

M dA些輻射亮度與輻射強度有何區(qū)分前者描述面光源，后者描述點光源。輻射出射度〔M〕:定義為離開光源外表單位面元的輻射通量，即輻照度〔E〕:定義為單位面元被照輻照度和輻射出射度具有一樣的定義方程和單位，但卻分別用來描述微面元放射和接收輻射通量的特性假設一個外表元能反射入射到其外表的全部輻射通量，那么該面元可看作是一個輻射源外表，即其輻射岀射度在數(shù)值上等于照耀輻照度K,其定義為目視引起刺激的光通量與光源發(fā)出的輻射通量之比，單位為Im/W。它度量了同樣的輻射功率下人眼的不同亮度感覺。K VC)G()d，m0 e KVdQQ 二 md〔■〕■照度和亮度的區(qū)分 不要把照度跟亮度的概念混淆起來。它們是兩個完全不同的物理量。照度表征受照面的明暗程度，照度與光源至被照面的距離的平方成反比。亮度是表征任何形式的光源或被照耀物體外表是面光源時的發(fā)光特性。 假設光源與觀看者眼睛之間沒有光吸取現(xiàn)象存在，那么亮度值與二者間距離無關輻射度學和光度學 區(qū)分：1.適用范圍輻射度學適用于整個電磁波譜。光度學適用于可見光波段。性質不同輻射度學量是客觀物理參量。光度學量生理量，由人眼感覺確定聯(lián)系：1.都是描述光輻射的強弱。 2.所用物理符號一一對應

2.參量.朗伯余弦定律朗伯體反射或放射輻射的空間分布可表為

d

。依據(jù)朗伯輻丨余弦成正比一一朗伯余弦定律。

Icos^丨日I0cos即

Io |日=dAco”^ 即在抱負狀況下，朗伯體d- sn罕2.朗伯體輻射岀射度與輻亮度的關系圖 2-9，極坐標對應球面上微面元dA的立體角為:dSLdA上的輻射通量為2.3光電檢測器件的特性參量〔上〕利用光電效應，把入射到物體外表的輻射能變換成可測量的電量〔下〕利用熱電效應，反映入射光輻射量

dLeos：sin：dsdd二外光電敕應X

廣4L

真空光電管“充氣光電管A+1l有敢大作用光電倍増管屮［光電

「光電也光磁電效 無畝大作用 光電二極管“L孜光電二極管-光輻 光電響應<射探

「光電三極管a光電場散應管光電開關管」J4測器 I光導型

「本征光導探測器

41I朵質p測輻射熱計心熱電偶屮熱電堆“熱釋電探測器心氣動光導探測器一高萊探測器*

光導探測器 ——N型/P型光導探測器2-1U常見光輻射探測器的分糞光磁電效應與霍爾效應 光磁電效應中在磁場作用下移動的是電子空穴對，而霍爾效應中移動的是自由電子。2〕針對材料不同，一個是半導體材料，一個是導體材料。形也不一樣，一個需要光照，一個不需要

3〕使用情響應度定義為單位輻射度量產生的電信號量， 記作R，電信號可以是電流，稱為電流響應度；也可以是電壓，稱為電壓響應度。對應不同輻射度量的響應度用下標來表示〔AW-1〕R-I/-\>對輻照度的電流響應度〔AW-1m2〕R =I/EE〔AW-1m2Sr〕RLI/L探測器的響應度一般是波長的函數(shù)。與上面定義的積分響應度對應的光譜響應度為R()- IL L(”)積分響應度和光譜響應度的關系為a〕d

RLd”LL—I 甩扎〕—I —1

” 九

,R ---------------------------------R：C

— ，：d-

L .L()d-

：，〔

1〕二〕

q_he1239.8對于光電探測器，由于受到材料能帶之間的間隙波限，最大響應波長為

1.24/Eg

禁帶寬度Eg的限制，響應波長具有長內光電效應max

1.24/(E E)gAg

外光電效應任何虛假的和不需要的信號稱為噪聲。噪聲總是伴隨著測量信號存在測量過程是一個去除噪聲、復原真實信號的過程爭論噪聲的目的：探討系統(tǒng)探測信息的極限，以及在系統(tǒng)設計中如何抑制噪聲以提高探測本領。1^12-12 探測誥的藤率響應特性噪聲的分類及性質

：人為干擾噪聲的和自然干擾噪聲。人為干擾：電器、電子設備的干擾噪聲。如焦距測量儀在日光燈下，人的走動對干預儀的光程影響。自然干擾：大氣和宇宙間的干擾，雷電、太陽等。如光電導盲器在太陽下受的干擾?？沙惺苓m當?shù)钠帘巍V波等方法減小或者消退。內部噪聲：人為噪聲和固有噪聲兩類。人為噪聲：工頻干擾和寄生反響造成的自激干擾。如工頻溝通電〔光路變化。合理的設計和調整將其消退或者減小到允許范圍。

50Hz〕、測試儀器的散熱風扇引起的固有噪聲：光電探測器中光子和帶電粒子不規(guī)章運動造成的。散粒噪聲、熱噪聲、產生噪聲、溫度噪聲，不行消退

-復合噪聲、 1/f另一種是增加信號的積分時間，縮小測量系統(tǒng)的頻帶。信號電流與噪聲電流的均方根值之比一一信噪比，作為表征探測系統(tǒng)探測力氣和精度的一個格外重要的SNR

—K—SNR=L\l NkT

I2.I2N k噪聲等效功率是探測器產生與其噪聲均方根電壓相等的信號所需入射到探測器的輻射功率，即信噪比等于NEPD來表示探測器的探測力氣

二SNRR1時所需要的最小輸入光信號的功率NEP1時所需要的最小輸入光信號的功率NEP3依據(jù)發(fā)光機理，光源又可以分成熱輻射光源、氣體發(fā)光光源、固體發(fā)光光源和激光器四種。熱輻射光源：電流流經導電物體，使之在高溫下輻射光能的光源。包括白熾燈和鹵鎢燈兩種。氣體發(fā)光光源：電流流經氣體或金屬蒸氣，使之產生氣體放電而發(fā)光的光源。氣體放電有弧光放電和輝光放電兩種。固體發(fā)光光源：電場作用下，使固體物質發(fā)光的光源，電能直接轉變?yōu)楣饽堋０▓鲋掳l(fā)光光源和發(fā)光二極管〔LED〕兩種。激光器：按工作物質分類，可分為氣體激光器、固體激光器、燃料激光器和半導體激光器和Y

〔氣休激比器半導體激光器I等離子激光器非相F光源

I傲性光學器件嚴 太陽白?也燈全溝射體〔黑體｝〔體曾器場技發(fā)光顯示器＜信息處理用光源「發(fā)光二極管〔LED〕超輻射低相干光源 發(fā)光二極管L摻雜光紓超啖光寬帯光源1光源的分類一般的光電檢測系統(tǒng)都要求光源特性滿足檢測需要，光源發(fā)光光譜與探測器的光譜響應要匹配光源選的根本要求主要包括哪三個方面2.對光源發(fā)光強度的要求3.對光源穩(wěn)定性的要求人工光源依據(jù)其工作原理大致分為熱光源、氣體放電光源、固體光源和激光光源1.發(fā)光特性〔光譜分布、岀射度、亮度〕可以用普朗克公式估算。2.電量把握發(fā)光特性。

發(fā)岀連續(xù)光譜，譜寬很寬，適應性強 3.大多屬于電熱型，可以通過把握輸入作用：1.一般光電檢測的光源〔白光干預〕光〔輻射〕度量中做標準光源或標準輻射源，計量標準傳遞。激光方向性好、高單色性和高亮度三個重要特性特點：微小的光束發(fā)散角 激光的單色性好；激光的輸岀功率密度很高激光器種類繁多，按工作物質分類：固體激光器〔如紅寶石激光器〕氣體激光器〔如氦二氧化碳激光器〕半導體激光器〔如砷化鎵激光器〕液體激光器。氣體激光器 氦氖激光器要輸出波長有0.6328卩m、1.15卩m和339卩m，

-氖氣體激光器、

0.5145m0.4880m兩條譜線

9?11gm10.6m694.3nm1.06mYAG1064nmQ,鎖模等，可以獲得高平均功率，高重復率，高脈沖能量，頂峰值功率激光；主要在紅外波段工作，承受光學泵浦方式；構造緊湊，壽命較長，穩(wěn)定牢靠；ND：YAG，紅寶石，釹玻璃激光器半導體激光器0.84m激光器除可作為檢測光源外?還有著廣泛的應用，其它主要用途有： 〔1〕激光用作熱源。激光光束細小，且?guī)е薮蟮墓β?，如用透鏡聚焦，可將能量集中到微小的面積亡?產生巨大的熱量?？蓱糜诖蚣毿】住⑶懈畹裙ぷ?；在醫(yī)療上做手術刀；大功率的激光武器等。 〔2〕激光測距。激光作為測距光源？由于方向性好、功率大?可測很遠的距離，且精度很高。 ⑶激光通訊。⑷受控核聚空中的應用。點火打算光電探測器的工作原理是將光輻射的作用視為所含光子與物質內部電子的直接作用。也就是物質內子在光子作用下，產生激發(fā)而使物質的電學特性發(fā)生變化。這種變化主要有以下三類

電外光電效應〔光電管與光電倍增管〕內光電效應〔光敏電阻〕光生伏特效應〔光電 池，光電二極管，光電三極管〕光熱效應：材料受光照耀后，光子能量與晶格相互作用，振動加劇，溫度上升，材料的性質發(fā)生變化.熱釋電效應：介質的極化強度隨溫度變化而變化，引起介質外表電荷變化的現(xiàn)象.輻射熱計效應：入射光的照耀使材料由于受熱而造成電阻率變化的現(xiàn)象.溫差電效應：由兩種材料制成的結點岀現(xiàn)穩(wěn)差而在兩結點間產生電動勢，回路中產生電流.〔熱敏電阻，熱電偶和熱釋電探測器〕光電倍增管 原理：當入射光很微弱時，一般光電管產生的光電流很小，只有零點幾 卩A，不易探測一一常用光電倍增管。光電倍增管的工作原理建立在光電放射和二次放射的根底上，獲得大的光電流。構造：光電倍增管由陰極、倍增極〔次陰極〕和陽極組成，這些電極被封裝在真空的玻璃管中?！?〕閃耀光子作用在光陰極上時 由于光電效應可產生出電子。 〔2〕電子倍增是通過一系列倍增極

〔3〕從陽極上得到的電子流與入射到光電倍增管光陰極上的閃耀光強度成正比二次放射極簡稱二次極，有時又叫做打拿極。二次放射極的主要材料有銻銫鎂〔AgMg〕合金、磷化鎵〔GaP〕和磷砷化鎵等。打拿極的重要參數(shù)是二次放射系數(shù)

〔CsSb〕、氧化鈹〔BeO〕、銀5:§=2他n2n2分別是輸入二次放射體的一次電子數(shù)和二次電子放射系數(shù)與材料本身特性、一次電子的動能或極間電壓的大小有關。光電倍增管的主要特性 光電倍增管的光譜特性主要由光陰極和玻殼材料的特性來確定。 影響光電倍增管光譜特性的還有一些其它因素，如溫度、受照點位置和磁場等?！酬枠O陽極又稱收集極。光電流經過各二次放射極倍增后，由陽極收集并形成信號電流輸岀，陽極是管內電壓最高的地方。當最終一個二次極發(fā)岀的電子飛到陽極上后，陽極也會產生二次電子放射，這將破壞穩(wěn)定的輸岀。怎么辦？1選擇放射系數(shù)小的材料2外面加上收集柵網(wǎng)〔柵網(wǎng)電位與陽極一樣，陽極放射的二次電子將有柵網(wǎng)收集，相當于又回到了陽極 〕靈敏度 光電器件靈敏度的定義有很多種，而對光電倍增管常用陽極靈敏度來表征這一特性。定義陽極光譜靈敏度Sa〔入〕為 Sa〔”〕=Ia〔”〕/「〔’〕式中，單色光通量為①〔入〕Ia線性度在高精度的光電檢測中，要求光電探測器的光特性具有良好的線性度，且線性范圍盡可能寬。光特性是指倍增管輸岀信號電流隨輸入光通量變化的曲線， 即1=f〔①〕。一般認為產生光特性非線性的緣由主要有兩個：一是內部的非線性源，它們包括光陰極的電阻率及材料特性、管內空間電荷間的相互作用，以及電子聚焦或收集效率的變化等。另一方面是外部非線性源，其中包括負載電阻的負反響作用，以及由于信號電流過大造成極間電位的重分布等入射通量①增加輸表4la參數(shù)(4)最大額定值

光電倍增管是極其靈敏的微信號光電探測器，為正確使用應了解各參量的最大額定值。①Icm,有時給出最大電流密度(A/cm2)。工作時不應超過額定值。有時陰極電流

最大陰極電lcIcm，但入射光點很小，也會因電流密度過大而引起局部損壞。這時應按電流密度的額定值來限制輸入。②最大陽極電流lam,該值通常是以不產生嚴峻的和不行逆的損壞為限，lam不是指使用時的線性限，有的廠家還給出這時的非線性度，如

通常陽極功率限制在0.5w以10%等。③最大額定電壓Um,該指標是從管子的絕緣性能和工作牢靠性岀發(fā)給岀的。為使噪聲不至太大，一般建議承受的總電壓Uv(60—80)%Um光電倍增管的不穩(wěn)定性 由于光譜響應隨時間緩慢地不行逆地變化②在幾分鐘或幾小時內，由于可逆的疲乏所構成的漂移③滯后作用造成陽極輸出的不穩(wěn)定光電倍增管中的噪聲源主要來自光陰極和二次極的熱放射。入射光輻射本身亦帶來噪聲。由光電陰極和K個二次放射極組成的光電倍增管中.綜合在陽極輸出時的噪聲電流用均方根值表示為111f1 11

1 21 1 施

①管子致冷可削減

IC0值；』21+—

1?n

22=G(2qIQf廠③選用$較高的材料做二次放射極，并提高工作電壓；

④減小檢測系統(tǒng)頻帶寬度？f,以提高信噪比光電導器件是利用內光電效應制成的光子型探測器， 其材料大都是半導體。在入射光的的作用下，激發(fā)岀附加的自由電子或自由空穴，這些附加的載流子叫做光生載流子，由于光照增加了自由載流子，使電導率發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫做光電導效應光敏器件的光特性是表征光照下光敏器件的輸岀量，如電阻、電壓或電流等量與入射輻射之間的關系光敏器件的靈敏度靈敏度又稱響應度。它表示器件將光輻射能轉換為電能的力氣。具體定義為：器件產生的輸岀電信號與引起該信號的輸入光輻射通量之比。輸岀電信號由器件及偏置電路的特性打算，既可以是電流，也可以是電壓，如電流表示的光靈敏度光敏電阻按半導體材料的不同可分為本征型和雜質型兩種,檢測，雜質型常用于紅外波段至遠紅外波段光輻射的檢測

本征型半導體光敏電阻常用于可見光長波段本征型光敏電阻：本征型光敏電阻：當入射光子的能量等于或大于半導體材料的禁帶寬度Eg時，激發(fā)一個電子-空穴對，在外電場的作用下，形成光電流雜質型光敏電阻： 對于N型半導體，當入射光子的能量等于或大于雜質電離能 4E時，將施主能級上的電子激發(fā)到導帶而成為導電電子，在外電場的作用下，形成光電流本征型用于可見光長波段，雜質型用于紅外波段。咒電并材料咒電并材料WSlrV)2.45光血應范BUTa4sa68-0.750.50-3.00.51.5-0.5S範此需%W(PbS)詢址鉛{PhTr}L740.400.310,251.120,66O.?-4.5a62m2.022(X70-5,3045-1.1B0551,8禪比舗卩朋hi0.16033aPW.fi-7.01.0-4.04.i：!aS3L54.5光敏電阻工作性能特點光譜響應范圍相當寬。可見光、紅外、遠紅外、紫外區(qū)域工作電流大，可達數(shù)毫安。靈敏度高，光電增益可以大于無選擇極性之分，使用便利

所測光電強度范圍寬，既可測弱光，也可測強光1缺點：強光下光電線性度較差，弛豫時間過長，頻率特性差。CdS光敏電阻：峰值響應波長 0.52um可見光波段最靈敏的光敏電阻PbS光敏電阻：響應波長在近紅外波段缺點主要是響應時間太長銻化銦(InSb)光敏電阻：長波限7.5um碲鎘汞HgCdTe系列光敏電阻可實現(xiàn)1-3um,3-5um,8-14um碲錫鉛(PbSnTe主要用在8-10um波段探測PN結與光伏效應(PhotoVoltageEffect)當P型半導體和N型半導體直接接觸時，P區(qū)中的多數(shù)載流子一空穴向空穴密度低的N區(qū)集中，同時N區(qū)中的多數(shù)載流子一電子向P區(qū)集中。這一集中運動在 P區(qū)界面四周積存了負電荷，而在 N區(qū)界面四周積存了正電荷，正負電荷在兩界面間形成內電場。在該電場逐步形成和增加的同時，在它的作用下產生載流子的漂移運動。隨著集中運動的進展和界面間內電場的增高，促使漂移運動加強。這一伴生的對立運動在一定溫度條件下確定時間后到達動態(tài)平衡當有外界光輻射照耀在結區(qū)及其四周時?只要入射光子的能量 ￡=hu大于半導體的禁帶寬度Eg，就可能產生本征激發(fā)，激發(fā)產生電子中的光生電子，因受P-N結的阻擋作用而不能通過結區(qū)，結區(qū)中產生的電子

一空穴對。P區(qū)中的光生空穴和N區(qū)一空穴對在內電場作用下，電NPP區(qū)中的光生電子和N區(qū)中的空穴如能集中到結區(qū)，

并在內電場作用下通過結區(qū)，這樣在P區(qū)中積存了過量的空穴?在N區(qū)中積存了過量的電子，從而形成一個附加的電場，方向與內電場相反，如圖4-44(a)所示。該附加電場對外電路來說將產生由接外電路時，將有光生電流通過，這就是光伏效應

PN方向的電動勢。當聯(lián)光伏效應器件的伏安特性

If:」二

Is(eU/kT -1)-I：； .曲線族與電壓軸的交點.即 I=0，表示光電池外電路開路的狀況曲線族與電流軸的交點.即Uoc=0，表示光電池外電路短路的狀況。

UoJln(^1)qIsIs4IsI1Id…I

quI〔e??〔〕-1尬Is

開路電壓光伏效應光電池 曲線族與電流軸的交點，及U=0I=-1.:,短路電流與光電流大小相等線性 非線性第一象限是正偏壓狀態(tài)，iD原來就很大，所以光電流不起主要作用，在這一區(qū)域工作沒有意義。第三象限是反偏壓狀態(tài)，這時，它是一般二極管中的反向飽和電流，現(xiàn)在稱為暗電流〔對P=0〕，數(shù)值很小，這時的光電流〔等于i—is〕是通過探測器的主要電流由于這種狀況外回路特性與光電導探測器格外相像， 所以反偏壓下的工作方式稱為光導模式， 相應的探測器稱為光電二極管在第四象限中，外偏壓為零時，流過探測器的電流仍為光電流，這時探測器的輸岀是通過負載電阻RL上的電流來表達的，因此稱為光伏工作模式。相應的探測器稱為光電池光電池分類用途太陽能光電池：用作電源〔效率高，本錢低〕測量用光電池：探測器件〔線性、靈敏度高等

RL上材料硅光電池：光譜響應寬，頻率特性好，轉換效率高，壽命長，適于承受紅外光硒光電池：轉換效率低〔0.02%〕、壽命短，適于接收可見光〔0.56m〕，波譜峰值位于人眼視覺內〔用于器、測量儀表〕.砷化鎵光電池：轉換效率比硅光電池稍高，光譜響應特性則與太陽光譜最吻合。且工作溫度最高，更耐受宇宙射線的輻射。因此，它在宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測器等電源方面的應用是有進展前途的。薄膜光電池：CdS增加抗輻射力氣紫光電池：PN結格外?。?.2-0.3m,短波峰值600nm光電池的特性〔1〕、伏安特性無光照時，光電池伏安特性曲線與一般半導體二極管一樣。有光照時，沿電流軸方向平移，平移幅度與光照度成正比。

VOC，與電流軸交點稱為短路電流

ISC〔要得到短的響應時間，必需選用小的負載電阻

RL;光電池面積越大則響應時間越大，由于光電池面積越大則結電容越大，故要求短的響應時間，必需選用小面積光電池〕

Cj越大，在給定負載時，時間常數(shù)就2時間和頻率響應廣泛的光電池

硅光電池頻率特性好〔動態(tài)響應快〕。硒光電池頻率特性差 硅光電池是目前使用最〔3〕、溫度特性隨著溫度的上升，硅光電池的光譜響應向長波方向移動，開路電壓下降，短路電流上升。光電池做探測器件時，測量儀器應考慮溫度的漂移，要進展補償4〕、光譜響應度硅光電池響應波長0.4-1.1微米，〔紅-紅外〕0.8-0.9微米?！步t外〕硒光電池響應波長0.34-0.75微米，〔紫-紅〕0.54微米?！簿G〕可見光太陽能特點：①無枯竭危急；②確定干凈；③不受資源分布地域的限制；④可在用電處就近發(fā)電；⑤能源質量高；⑥使用者從感情上簡潔承受；⑦獵取能源花費的時間短。要使太陽能發(fā)電真正到達有用水平，一是要提高太陽能光電變換效率并降低本錢；二是要實現(xiàn)太陽能發(fā)電同現(xiàn)在的電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。、利用PN結光伏效應的另一種重要光電器件是光電二極管。 PN結工作在反向偏置的條件下，工作原4吃常用光電導材料的參數(shù)理與晶體三極管類似，P型區(qū)相當于基極區(qū)，N型區(qū)相當于集電極區(qū)，由光照下產生的光生載流子引起N區(qū)電流的變化，由于反向偏置， PN結應具有較高的反向耐壓性質。光電二極管與一般二極管一樣有一個 PN結，屬于單向導電性的非線形元件。外形不同之處是在光電二

PN結裝在管頂，可直承受到光照耀，實現(xiàn)光電轉換。

PN結面積比一般二極管大得多，以集中層作為它的受光面。為了提高光電轉換力氣，PN結的深度較一般二極管淺。光敏二極管符號如圖光電二極管和光電池一樣，其根本構造也是一個PN結。它和光電池相比，重要的不同點是結面積小，因此它的頻率特性特別好。光生電勢與光電池相同，但輸出電流普遍比光電池小，一般為幾按材料分，光電二極管有硅、砷化鎵、銻化銦光電二極管等很多種。

AgA。按構造分，有同質結與異質結之分。其中最典型的是同質結硅光電二極管。國產硅光電二極管按襯底材料的導電類型不同，分為2CU2DU兩種系列。2CUN-Si為襯底，2DUP-Si為襯底。2CU系列的光電二極管只有兩條引線，而2DU系列光電二極管有三條引線光電二極管的主要特性②光電二極管的光譜特性 該特性通常是由材料來打算。鍺光電二極管的光譜范圍約為 0.4-1.8光電二極管的主要特性141.5um;硅光電二極管的光譜范圍約為③光電二極管的伏安特性。實際與抱負狀況略有出入，曲線略向上偏。

um0.8-0.9um。④光電二極管的頻率特性器件中影響頻率響應速度的主要因素是：結電容和雜散電容的影響；在

PN結外產生的

PN結內的光生載流子形成時間差的影響。⑤光電二極管的溫度特性在外加電壓為50V，入射照度不變的條件下，光電流隨工作溫度⑥ 光電二極管的暗電流當無入射光照耀時，硅、鍺兩光電二極管的暗電流

T的變化曲線I①=0隨溫度變化的關系光電二極管與光電池的特性比較根本構造一樣，由一個光電二極管的光敏面小,

PN結；結面積小，頻率特性好，雖然光生電動勢一樣 ,但光電流普遍比光電池小，為數(shù)微安。2.3. 摻雜濃度：光電池約為 1016-1019/cm3，硅光電二極管1012-1013/cm3，4.電阻率：光電池0.1-0.01Q/cm，光電二極管1000Q/cm。光電池零偏壓下工作，光電二極管反偏壓下工作。雪崩光電二極管 工作原理是在PN結上施加高反向偏壓，使其接近擊穿電壓。在雪崩光電二極管的使用中留意兩個問題：①雪崩過程伴有確定噪聲；②局部擊穿問題?；谝陨蟽蓚€問題，工作偏壓選擇必需適當。偏壓太小，雪崩增加作用不明顯，增益不大；而偏壓過高，則噪聲增大，甚至擊穿燒毀雪崩光電二極管具有電流增益大，種光敏二極管。

靈敏度高，頻率響應快，帶寬可達100GHz。是目前響應最快的一不需要后續(xù)浩大的放大電路等特點。因此它在微弱輻射信號的探測方向被廣泛地應用。在設計雪崩光敏二極管時，要保證載流子在整個光敏區(qū)的均勻倍增，這就需要選擇無缺陷的材料，必需保持更高的工藝和保證結面的平坦。其缺點是工藝要求高，穩(wěn)定性差，受溫度影響大雪崩光電二極管與光電倍增管比較倍增管的暗電流大，相應的噪聲也較大

體積小構造緊湊工作電壓低使用便利但其暗電流比光電故光電倍增管更適宜于弱光探測的非線性所致在大照度時，光敏三極管不能作線性轉換元件，但可以作開關元件使用。管不能作線性轉換元件，但可以作開關元件使用。光電三極管與光電二極管相比，具有較高的輸出光電流，但線性差光敏三極管主要特性頻率特性〔升降〕

伏安特性〔升平〕光敏三極管光譜特性

〔升〕〔sin〕

光敏三極管的〔調制〕CCD〔C