红外探测器概述.ppt

1.1.3热探测器与光子探测器性能比较光子探测器主要是测出光子的吸收速率，而热探测器是测出能量的吸收速率，所以它们对辐射的响应的形式是不同的。热探测器对各种波长的辐射都有相应，而光子探测器只对它长波限的一段波长区间有响应。热探测器一般在工作时不需要冷却，而光子探测器多数需要冷却。热探测器的响应速度一般低于光子探测器，而响应时间长于光子探测器。热探测器的性能与器件的尺寸、形状、工艺细节等有很大关系，因此要求有高的工艺水平，产品性能不容易稳定，情况有点类似与薄膜型光子探测器，而单晶型的光子探测器，无论在单晶生长、器件制造工艺及物理机构等方面都比较清楚、先进、定型，产品能够规格化。第31页,共50页，2024年2月25日，星期天1.2红外探测器的性能参数光电系统一般都是围绕光电探测器的性能进行设计的，而探测器的性能由特定工作条件下的一些参数来表征。实际参量参考参量测量条件第32页,共50页，2024年2月25日，星期天1.2.1探测器的主要工作条件光电探测器的性能参数与其工作条件密切相关，在给出性能参数时，要注明有关的工作条件。这一点很重要，因为只有这样，光电探测器才能互换使用。主要工作条件有：1．入射辐射的光谱分布2．电路的频率范围3．工作温度4．光敏面的形状尺寸5．偏置情况6.特殊工作条件第33页,共50页，2024年2月25日，星期天1.入射辐射的光谱分布很多光电探测器（特别是光子探测器），其响应是辐射波长的函数。仅对一定的波长范围内的辐射有信号输出，称为光谱响应，它决定了探测器探测特定目标的有效程度。在说明探测器的性能时，一般都需要给出测定性能时所用辐射源的光谱分布。如果辐射源是单色辐射，则需给出辐射波长。假如辐射源是黑体，那么要指明黑体的温度。当辐射经过调制时，则要说明调制频率。第34页,共50页，2024年2月25日，星期天2.电路的频率范围因噪声限制了探测器的极限性能(后面将详细讨论)。噪声电压或电流均正比于带宽的平方根，有些噪声还是频率的函数。在描述探测器的性能时，必须明确通频带和带宽。第35页,共50页，2024年2月25日，星期天3.工作温度许多探测器，特别是用半导体材料制作的探测器，无论是信号还是噪声，都和工作温度有密切关系，所以必须明确工作温度。通用的工作温度是：室温(295K)、干冰温度(195K)、液氮温度(77K)、液氢温度(20.4K)液氦温度(4.2K)第36页,共50页，2024年2月25日，星期天4.光敏面的形状和尺寸探测器的信号和噪声都和光敏面积有关，大部分探测器的信噪比与光敏面积的平方根成比例。参考面积一般为1cm2。第37页,共50页，2024年2月25日，星期天5.偏置情况大多数探测器需要某种形式的偏置。例如：光电导探测器和电阻测辐射热器需要直流偏置电源信号和噪声往往与偏置情况有关，因此要说明偏置的情况。此外，对于受背景光子噪声限制的探测器，应注明光学视场和背景温度。对于非密封型的薄膜探测器，要标明湿度。第38页,共50页，2024年2月25日，星期天1.2.2红外探测器的性能参数1.响应度(响应率)2.探测器的响应时间3.噪声等效功率4.探测率5.探测器的光谱响应第39页,共50页，2024年2月25日，星期天1.响应度(或称响应率)Rv或RI1）响应率是描述探测器灵敏度的参量。它表征探测器输出信号与输入辐射之间关系的参数。又称为光电探测器的灵敏度。2）定义：光电探测器的输出均方根电压Vs或电流Is与入射到光电探测器上的平均光功率之比。 Rv＝Vs／ΦsRI＝is／Φs分别称为光电探测器的电压响应率和电流响应率。3）测量响应率的辐射源一般是500K的黑体。4）单色灵敏度和积分灵敏度。第40页,共50页，2024年2月25日，星期天单色灵敏度1）如果使用波长为λ的单色辐射源，则称为单色响应率或单色灵敏度，又叫光谱响应度，用Rλ表示，2）定义：光电探测器的输出电压或输出电流与入射到探测器上单色辐射通量(光通量)之比。(V/