§4.4光电探测器的特性 各种光子探测器、热探测器的作用机理虽然各有不同，但其基本特性都可用光照特性或 转换效率、信噪比特性、跟踪入射信号的能力、伏安特性、温度特性等五个方面的参数来描 述。 4.4.1 灵敏度或响应率 (1)光谱灵敏度S(入)与峰值波长 探测器对不同波长光（电磁辐射）的反应程度称为光谱响应或光谱灵敏度。 光谱灵敏度为光电器件对单色辐射通量的输出与入射的单色辐射通量之比，即 S)= U() (4.4-1) Φ(2) 式中，Φ()为入射的单色辐射通量；U()为光电器件的输出。光谱灵敏度最大时的波 长即峰值波长。 (2)相对光谱灵敏度S(入) 光谱灵敏度与最大光谱灵敏度之比称为相对光谱灵敏度，即 S,()= S() (4.4-2) S(m） 式中，S,()是一无量纲函数，也称光谱特性。 2022/10/7
2022/10/7 1 §4.4 光电探测器的特性
光谱特性是指相对光谱灵敏度与入射光波长之间的关系，不同敏感材料的光谱特性曲线 如图4.4-1所示。 ZnS CdS Si Ge PbS PbTe PbTe 100 80 60 40 20 0 0.3 0.5 1.0 2.0 5.0 10.0 Jum 图4.4-1不同敏感材料的光谱特性曲线 (3)积分灵敏度S 光电器件对连续辐射通量的反应程度称为积分灵敏度。定义为，输出电压U与入射到 光电器件上的辐射通量④之比，即 S=U/O (4.4-3) 当输出为光电流时，积分灵敏度即为辐射灵敏度。 2022/10/7
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(4)量子效率 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。量子效 率是一个微观参数，愈高愈好。实际上，刀≤1。 量子效率与响应率存在如下关系 ()= 11g_s(Di (4.4-4) P/hy 9 式中，g:每秒产生的光子数；PhD: 每秒入射的光子数。 4.4.2信噪比特性 (1)等效噪声功率 将探测器输出信号等于探测器噪声时，入射到探测器上的辐射功率定义为等效噪声功 率，单位为瓦。由于信噪比为1时功率测量不太方便，可以在高信号电平下测量，再根据下 式计算： P NEP= (4.4-5) U,1U.U,1U网 式中，Φ：辐照度，单位W/cm2；Aa:探测器光敏面面积，单位cm2；U:信号电 压基波的均方根值，单位V;U:噪声电压均方根值，单位V。 2022/10/7
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(2)探测率 探测率被定义为等效噪声功率的倒数，即 1 D= (4.4-6) NEP 这样一来，较好的探测器有较高的探测率。 (3)比探测率D D'=D44yy2=442 单位：cmHz2.刚- (4.4-7) NEP D的物理意义可理解为1瓦辐射功率入射到光敏面积1厘米2的探测器上，并用带宽 为1赫电路测量所得的信噪比。 (4)背景噪声对探测率的限制 光子探测器和热探测器比探测率的最终极限将受背景噪声的限制。 对于光电导型探测器，D的理论极大值为： 1/2 1/2 D= =2.52×108元 (4.4-8) 2hc(2 式中：h为普朗克常数，c为光速，入为波长（微米），)为量子效率，2。为入射到探 测器上的半球背景光子辐射发射量。 对于光伏探测器，由于没有复合噪声，上式应乘√2 2022/10/7
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4.4.3 跟踪入射信号的能力 探测器跟踪入射信号的能力可以从两方面来描述，一是上升、下降时间；二是频率响应。 (1)上升（下降）时间 反映了光电探测器对阶跃函数型入射通量响应时间的快慢。 (2)光电器件的频率特性 光电器件相对光谱灵敏度随入射辐射通量的调制频率的变化关系称为光电器件的频率 特性。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为 S,(f)= (4.4-14) 1+4π2f2z2 式中，S,0为调频率f=0时的灵敏度，f为调制频率，t为响应时间。图4.43示出了 一些光电器件的频率特性。当f远小于1/2πx,响应率就与频率无关，f远大于1/2πx时， 响应率和频率成反比。 100 1疏化铅 80 60 2硫化铊 40 20 0 10 100 100010000 f/Hz 图4.43光电器件的频率特性 2022/10/7
2022/10/7 5 4.4.3 跟踪入射信号的能力