光电检测光电探测器.ppt

符号 连接电路 等效电路 第六十二页，共九十四页，2022年，8月28日 三、光敏二极管 第六十三页，共九十四页，2022年，8月28日 共同点：一个PN结，单向导电性 不同点： ⑴受光面大，PN结面积更大，PN结深度较浅； ⑵表面有防反射的SiO2保护层； ⑶外加负偏压； 与普通二极管相比: 第六十四页，共九十四页，2022年，8月28日 共同点：均为一个PN结，利用光生伏特效应，SiO2保护膜； 不同点： ⑴结面积比光电池的小，频率特性好； ⑵光生电势与光电池相同，但电流比光电池小； ⑶可在零偏压下工作，更常在反偏压下工作； 与光电池相比： 第六十五页，共九十四页，2022年，8月28日 ⑴无光照时，只有热效应引起的暗电流流过PN结； ⑵光照时，产生附加的光生载流子，使流过PN结的电流骤增；反向电压增加了耗尽层的宽度和结电场，使更多的光生载流子流过PN结。 第六十六页，共九十四页，2022年，8月28日 ⑴光吸收系数大，以便体内有较多的电 子受到激发； ⑵光电子在体内传输过程中受到的能量 损失小，使其溢出深度大； ⑶材料的逸出功要小，使到达真空界面的电子能够比较容易地溢出； ⑷另外，作为光电阴极，其材料还要有一定的电导率，以便能够通过外电源来补充因光电发射所失去的电子。 良好的光电发射材料应具备下述条件： 第三十页，共九十四页，2022年，8月28日 ★金属吸收效率很低 ； ★金属中光电子溢出深度很浅，只有几纳米； ★金属溢出功大多为大于3eV，对λ>410nm的可见光来说，很难产生光电发射，量子效率低； 金属材料是否满足良好的光电发射材料的条件？ 第三十一页，共九十四页，2022年，8月28日 半导体材料是否满足良好的光电发射材料的条件？ ★光吸收系数比金属大； ★体内自由电子少，散射能量变小——故量子效率比金属大； ★光发射波长延伸至可见光、近红外波段。 ★ 70年代后期，发展了负电子亲和势（NEA）光电阴极，长波可至1.6μm。 第三十二页，共九十四页，2022年，8月28日 ??? (1)使光电阴极发射的光电子尽可能全部会聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散电子散射掉，提高信噪比； (2)使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中有尽可能相等的渡越时间，以保证光电倍增管的快速响应。 光电阴极 聚焦极 3．电子光学系统 第三十三页，共九十四页，2022年，8月28日 ??? 倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成，具有使一次电子倍增的能力。因此倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。 4．二次发射倍增系统 第三十四页，共九十四页，2022年，8月28日 ??? 阳极是采用金属网作的栅网状结构，把它置于靠近最末一级倍增极附近，用来收集最末一级倍增极发射出来的电子。 光入射窗口 光电阴极 电子光学输入系统 二次发射电子倍增器 阳极 5．阳极 第三十五页，共九十四页，2022年，8月28日 1、光子透过入射窗入射到光电阴极K上。 2、光电阴极的电子受光子激发，离开表面发射到真空中。 3、光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极发射出比入射电子数目更多的二次电子。入射电子经N级倍增后，光电子就放大N次。 4、经过倍增后的二次电子由阳极a收集起来，形成阳极光电流，在负载RL上产生信号电压。 第三十六页，共九十四页，2022年，8月28日 ㈡、基本特性参数 1．光谱响应度 ??? PMT的光谱响应曲线与光电阴极的相同，主要取决于光电阴极材料的性质。 第三十七页，共九十四页，2022年，8月28日 2．放大倍数(电流增益) ??? 在一定工作电压下，光电倍增管的阳极电流与阴极电流之比称为管子的放大倍数M或电流增益G。 3.暗电流 ??? 它限制了可测直流光通量的最小值，同时也是产生噪声的重要因素，是鉴别管子质量的重要参量。应选取暗电流较小的管子。?? 第三十八页，共九十四页，2022年，8月28日 4.伏安特性 ????? 光电倍增管的伏安特性曲线分为阴极伏安特性曲线与阳极伏安特性曲线。在电路设计时，一般使用阳极伏安特性曲线来进行负载电阻、输出电流、输出电压的计算。?? 第三十九页，共九十四页，2022年，8月28日 5. 频率响应 ??? 由于PMT是光电发射型器件，而光电发射的延迟时间≤3×10－13S，所以PMT有很高的频率响应。 6.噪声 ??? 主要来源是光电阴极、光电发射的随机性和各倍增极二次电子发射的随机性，同时也与背景光或信号光中的直流分量有关。 第四十页，共九十四页，2022年，8月28日