§4.2 Photoelectronic detector 6、响应时间（Detector response time）：探测器对光强变 化的响应速度
Imax 0.9Imax
source
detector
0.1Imax rise time fall time
7、线性度（Linearity）：探测器的输出与输入光辐通量成 比例的程度和范围
• 具有从紫外到近红外区域的很高的 光谱响应应灵敏度
• 具有相当大的动态范围（约为60dB)） • 高的响应频率(100MHz) • 由于输出电流在动态范围内正比于
输入到光阴极的光通量，其内部增
益可达108
• 具有大光敏面积
PD
• 低噪声等效功率。

缺点
• 体积庞大 • 量子效率低下 • 需要高压电源（上千伏） • 为了降低热噪声，有些PMT要加有制
or R du dP
响应率就是该曲线的斜率
Input power
§4.2 Photoelectronic detector 5、噪声等效功率（Noise Equivalent Power， NEP）和探测度（Detectivity）
NEP的值越小，D或D*越大，探测器在噪声情况下可探测的最 小辐照度就越低，对小信号的探测能量越强。
微通道板（MCP）：Microchannel Plate，中空的玻璃纤维 通道束，通道内实现光子的全反射并倍增。
用微通道板 代替打拿极
§4.2 Photoelectronic detector
Position-Sensitive Detection，PSD
A. Conventional MCP-PMT
§4.2 Photoelectronic detector
扫描相机 （Streak Camera）
空间
t
§4.2 Photoelectronic detector
扫描相机 （Streak Camera）
§4.2 Photoelectronic detector
§4.2 Photoelectronic detector
§4.2 Photoelectronic detector
§4.2 Photoelectronic detector
§ 4.2.1 光电检测器种类 § 4.2.2 光电检测器的性能参数和光电探
测器的选择
§4.2 Photoelectronic detector
光电检测器种类
§4.2 Photoelectronic detector
(2) Charge-Coupled Device (CCD) High quantum yield; two-dimensional high density imaging capacity; very low dark current; wide spectral range from UV to NIR; compact.
扫描相机的优点是具有皮秒甚至飞秒的的时间分辨率（temporal resolution）并具有较好的紫外到近红外的响应灵敏度，但其 动态范围率（dynamic ranges）低于PMT。
§4.2 Photoelectronic detector
扫描相机 （Streak Camera）
U t
光束
具有空间和时间分布的光束
§ 4.2.1 光电检测器种类 § 4.2.2 光电检测器的性能参数和光电探
测器的选择
§4.2 Photoelectronic detector
光电检测器的性能参数 1、光谱响应范围 （Spectral response） 2、量子效率（Quantum efficiency） 3、暗电流 （dark current） 4、响应率（Responsivity） 5、噪声等效功率（Noise Equivalent Power，
§4.2 Photoelectronic detector 3、暗电流 （dark current）
定义：光电探测器在无光照下的反向电流，是一个噪声源
4、响应率（Responsivity）或称灵敏度
定义：探测器在一定偏置电压下，输出电流（电压）和入射光功率之比
Output current
R di dP
是光电管的一种特殊形式，通过对p-n结施加反向（约为2500V）电压产生 的雪崩效应达到内部光电流的高增益
但相对而言，APD的光接受面积较PMT小。
§4.2 Photoelectronic detector
2. 多通道探测器
(1) Photodiode Array Highly integrated with readout circuitry; operating range from 180 to 1100 nm; Gating available.
(3) CMOS Sensor Array Low power consumption; capability of large scale production originates from low cost IC technology; high integration.
(4) 扫描相机 （Streak Camera）
B－D：位敏PMT B.延迟线阳极PMT（Delay
Line Anode MCP-PMT ） c. 四阳极PMT（Quadrant
Anode MCP-PMT） D. 多阳极PMT（Multi-
Anode MCP-PMT）
§4.2 Photoelectronic detector
§4.2 Photoelectronic detector Advantages of PMT
Chapter 4 Measurement technologies in Biomedical photonics
Chapter 4 Measurement technologies in Biomedical photonics
4.1 Light source 4.2 Photoelectronic detector 4.3 Technologies for measuring weak light 4.4 Direct methods for measuring optical properties of tissue
End of 4.2
冷甚至磁屏蔽。
Response Curves
§4.2 Photoelectronic detector 1、单通道探测器
(2) 光电管（photodiode, PD)
•硅光电管：一般用于光通讯中，具有价格低的优点，但其低增益限制了
它们在高灵敏度测量中的应用。
•PIN
• 雪崩光电管（avalanche photo diode, APD)
NEP）和探测度（Detectivity） 6、响应时间（Detector response time） 7、线性度（Linearity）
§4.2 Photoelectronic detector 1、光谱响应范围 （Spectral response）
§4.2 Photoelectronic detector 2、量子效率（Quantum efficiency）
光电倍增管
1、单通道探测器 （1）光电倍增管（photomultiplier tube, PMT）
利用外光电效应的一种光电器件，主要由光电阴极（photocathode）和 打拿极（倍增极，dynode）和阳极（anode）构成。
§4.2 Photoelectronic detector
PMT with MCP