光功率P是指分布在某一光谱范围内的总功率。
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二、光谱灵敏度Rλ
条 于件是光下光功不 谱率变灵谱的敏密情度度况Rλ定P下λ由义，于为光光电电流探将测是器光的波光长谱的选函择数性，，记在为其iλ，它
R


i dP
光电流i(或光电压u)和入射光功率P之间的关系i＝f (P)， 称为探测器的光电特性。
灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即
Ri

di dP

i P
(线性区内) (安/瓦) 有些教材
采用微安
Ru

du dP

u P
(线性区内) (伏/瓦) /流明
R i和R u分别称为积分电流和积分电压灵敏度，i和u称为
电表测量的电流、电压有效值。
(电压信噪比)
un
于是有 ：NEP Pth

in is Ri is

is Ri
in is

Ps SNRi
Ps
(SNR )i 1
NEP越小，表明探测微弱信号的能力越强。所以NEP是
描述光电探测器探测能力的参数。
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dn电 dn光
dt dt
i(t) e P(t)
hv


h
e
Ri
这里给出量子效率和灵敏度关系


h
e
Ri
对某一波长来说，其光谱量子效率 ：


hc
e
Ri
c是材料中的光速。量子效率正比于灵敏度而反比于波长。
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物理描述
光电转换特性的量度 对某一波长光电转换的量度 电流随调制频率变化的量度 吸收的光子数和激光的电子数之比 探测器所能探测的最小光信息功率 单位信噪比时的信号光功率
表达式
Ri

di dp

i p
Ru

du dp

u p
R

i dP
Rf
if p


h
e
Ri
Pth

in Ri
NEP Ps SNRi 1
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光电倍增管
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4.2 光电探测器的性能参数
光电倍增管
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一、积分灵敏度R
灵敏度也常称作响应度，是光电探测器光电转换特性， 光电转换的光谱特性以及频率特性的量度。
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光纤耦合
自由光输入
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探测器对突然光照的输出电流，要经过一定时间才能 上升到与这一辐射功率相应的稳定值i。
当辐射突然降去后，输出电流也需要经过一定时间才能 下降到零。
一般而论，上升和下降时间相等，时间常数近似地由
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光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。 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导弹制导、红外热 成像、红外遥感等方面。
（1）如何衡量一个光电探测器的质量好坏？ （2）选择一个好的光电探测器需要注意哪些 关键指标？
引入相对光谱功率密度函数，它的定义为
f '

P ' P 'm
(3)
把(2)和(3)式代入(1)式，只要注意到
dP' P'd'
dP ' 变化量
和
di i d
就有
di S RmP'm f'd'd
积分上式，有
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i
0
di [ 0
S Rm P'm f'd'] d
三、频率灵敏度Rf(响应频率fc和响应时间t)
若入射光是强度调制，在其它条件不变下，光电流if将 随调频f的升高而下降，这时的灵敏度称为频率灵敏度Rf，
定义为
Rf
if P
if是光电流时变函数的付里叶变换，通常
if
i f 0
1 (2f )2
τ称为探测器的响应时间或时间常数，由材料、结构和外 电路决定。
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频率灵敏度
Rf
R0
1 (2f )2
这就是探测器的频率特性，R f随f 升高而下降的速度与τ 值大小关系很大。
一般规定，R f下降到 R0 / 2 0.707R0
频率fc为探测器的截止响应频率和响应频率。
与噪声等效功率成倒数、光敏面积 D* Af / NEP 和噪声功率有关
单位
安/瓦 伏/瓦 安/瓦
安/瓦
瓦 瓦 厘米.赫 兹1/2/瓦
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知识巩固
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1、光电探测器的特性的微观量宏观量描述是什么？
小于0.001微瓦的信号光功率不能被探测器所得知，所以，通量 阈是探测器所能探测的最小光信号功率。
采用另一种更通用的表述方法，这就是噪声等效功率NEP
（Noise Equivalent Power） 。它定义为单位信噪比时的信号光
功率。信噪比SNR定义为
SNR is
(电流信噪比)
in
SNR us
决定。
1
fc 2
光电流是两端电压u、光功率P、光波长λ和光强调制频
率f的函数，即
i F(u, P,, f )
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以u，P，λ为参变量，i＝F（f）的关系称为光电频率特性，
相应的曲线称为频率特性曲线。


Rm
dP
'm

0
S
f'd'
0
0
f ' d ' f ' d '
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式中
0
f ' d'
1 P 'm
0
P' d'

P
/
P 'm
并注意到 Rim Rm d
同样，i=F (P)及曲线称为光电特性曲线。
i＝F (λ)及其曲线称为光谱特性曲线。
而i＝F (u)及其曲线称为伏安特性曲线。 当这些曲线给出时，灵敏度R的值就可以从曲线中求出，
而且还可以利用这些曲线，尤其是伏安特性曲线来设计探 测器的使用电路。
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四、量子效率η
量子效率：在某一特定波长上，每秒钟内产生的光电子 数与入射光量子数之比。
对理想的探测器，入射一个光量子发射一个电子， =1 实际上， <1
量子效率是一个微观参数，量子效率愈高愈好。
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如果说灵敏度R是从宏观角度描述了光电探测器的光 电、光谱以及频率特性，那么量子效率η则是对同一个问 题的微观—宏观描述。
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七、其它参数
光电探测器还有其它一些特性参数，在 使用时必须注意到，例如光敏面积，探测器 电阻，电容等。
特别是极限工作条件，正常使用时都不允 许超过这些指标，否则会影响探测器的正常 工作，甚至使探测器损坏。
从上式可见：
fc

1
2
当f<fc时，认为光电流能线性再现光功率P的变化。 如果是脉冲形式的入射光，则更常用响应时间来描述。
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例如： 德国Advanced Laser Diode Systems公司提供带宽 可达35GHz、响应频率范围覆盖400nm到1.6 μm 的高速光电二 极管。该光电二极管采用MSM（金属-半导体-金属）的结构， 具有非常低的电容、电阻，因而具有极高的响应速度。其冲击 响应振荡极小，常适于高速光源时间或频率特性探测。
1
Rλ是常数时，相应探测器称为无选择性探测器(如光热探测 器)，光子探测器则是选择性探测器。
通常给出的是相对光谱灵敏度Sλ定义为
S R / Rm
(2)
Rλm是指Rλ的最大值，Sλ为无量纲，随λ变化的曲线称为光 谱灵敏度曲线。
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六、归一化探测度D*
NEP越小，探测器探测能力越高，不符合人们“越大越 好”的习惯，于是取NEP的倒数并定义为探测度D，即