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1、v光电效应光电效应入射光子与物质中的电子相入射光子与物质中的电子相互作用并产生载流子的效应。互作用并产生载流子的效应。外外光电效应：向物质外部发射光电子光电效应：向物质外部发射光电子v光电发射效应光电发射效应内内光电效应：只在物质内部产生光电子光电效应：只在物质内部产生光电子v光电导效应光电导效应v光伏效应光伏效应3.2光电导效应光电导效应3.2.1半导体中的载流子半导体中的载流子v载流子：半导体中参与导电的自由电子和自由空穴；载流子：半导体中参与导电的自由电子和自由空穴；u半导体的电学性质与材料的载流子浓度有关半导体的电学性质与材料的载流子浓度有关v载流子浓度：单位体积内的载流子数；载流子浓
2、度：单位体积内的载流子数；v本征半导体：本征半导体：ni=pi，ni大，导电性就高；随大，导电性就高；随T升升 高而增大，随高而增大，随Eg增加而减小；增加而减小；vN型半导体：型半导体：nn pn，室温下，室温下，nn=ND（施主浓度）（施主浓度）vP型半导体：型半导体：np pn，nn=ND（施主浓度），（施主浓度），pn=ni2/NDvP型半导体：型半导体：np pp，np=NA（受主浓度），（受主浓度），np=ni2/NA二、二、非平衡状态下的载流子非平衡状态下的载流子v半导体在外界条件有变化（如受光照、外电场作用、半导体在外界条件有变化（如受光照、外电场作用、温度变化）时，载流子浓度
3、要随之发生变化，此时温度变化）时，载流子浓度要随之发生变化，此时系统的状态称为非热平衡态。载流子浓度对于热平系统的状态称为非热平衡态。载流子浓度对于热平衡状态时浓度的增量称为非平衡载流子。衡状态时浓度的增量称为非平衡载流子。v本征吸收本征吸收h Eg 0Max=hc/Egv杂质吸收杂质吸收v0=hc/Ed=1.24/Ed（meV）v半导体对光的吸收主要是本征吸收。半导体对光的吸收主要是本征吸收。v半导体吸收光子能量而转换成电能是光电器件工半导体吸收光子能量而转换成电能是光电器件工作的基础。作的基础。v非平衡载流子非平衡载流子v在光照过程中，产生光生载流子。自由载流子浓在光照过程中，产生光生载流
4、子。自由载流子浓度比热平衡时的浓度大。度比热平衡时的浓度大。v当光照停止，光致产生率为零，复合使非平衡载当光照停止，光致产生率为零，复合使非平衡载流子浓度逐渐减少，最后系统恢复热平衡状态。流子浓度逐渐减少，最后系统恢复热平衡状态。v光照时多子的浓度几乎不变，少子的浓度却大大光照时多子的浓度几乎不变，少子的浓度却大大增加，即：半导体光电器件对光的响应都是少子增加，即：半导体光电器件对光的响应都是少子的行为。的行为。v载流子的扩散与漂移载流子的扩散与漂移1.扩散扩散v载流子载流子因浓度不均匀因浓度不均匀而发生的从浓度高的点向而发生的从浓度高的点向浓度低的点运动。浓度低的点运动。v光在受照表面很薄一
5、层内即被吸收掉。受光部光在受照表面很薄一层内即被吸收掉。受光部分将产生非平衡载流子，其浓度随离开表面距分将产生非平衡载流子，其浓度随离开表面距离离x的增大而减小，因此非平衡载流子就要沿的增大而减小，因此非平衡载流子就要沿x方向从表面向体内扩散，使自己在晶格中重新方向从表面向体内扩散，使自己在晶格中重新达到均匀分布。达到均匀分布。图为光注入，非平衡载流子扩散示意图图为光注入，非平衡载流子扩散示意图2.漂移漂移v半导体半导体受到外电场作用受到外电场作用时时,电子向正电极方向运电子向正电极方向运动动,空穴向负电极方向运动。空穴向负电极方向运动。v电流密度：电流密度：n电导率与迁移率的的关系电导率与迁
6、移率的的关系导电粒子出现定向运动导电粒子出现定向运动,必然是受到外加电场的必然是受到外加电场的作用作用,但不同材料中的导电粒子在相同的外加电但不同材料中的导电粒子在相同的外加电场下场下,速率是很不同的速率是很不同的,与材料的内部结构有关与材料的内部结构有关,迁迁移率描述内部机制对电子和空穴运动的影响移率描述内部机制对电子和空穴运动的影响。v材料迁移率：描述内部机制对电子和空穴运动材料迁移率：描述内部机制对电子和空穴运动的影响，的影响，v电流密度：电流密度：对于对于N型半导体：型半导体：v材料迁移率：材料迁移率：v因此，因此，（N型半导体）型半导体）（P型半导体）型半导体）v结论：结论：电导率决
7、定于其载流子密度和迁移率。电导率决定于其载流子密度和迁移率。v当扩散和漂移同时存在时，总的电子电流密度和当扩散和漂移同时存在时，总的电子电流密度和空穴电流密度分别为：空穴电流密度分别为：总电流密度为：总电流密度为：一、光电导效应：一、光电导效应：光照变化引起半导体材料光照变化引起半导体材料电电导导变化的现象。变化的现象。v当光照射到半导体材料时，材料吸收光子当光照射到半导体材料时，材料吸收光子的能量，使非传导态电子变为传导态电子，的能量，使非传导态电子变为传导态电子，引起载流子浓度增大，因而导致材料电导引起载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大。率增大。3.2.2光电导效应光电导效应v决定材料
8、决定材料 的三个微观因素的三个微观因素:导电粒子的数目导电粒子的数目导电粒子的荷电量导电粒子的荷电量定向迁移率定向迁移率u 说明说明 决定于其载流子密度和迁移率。要增加决定于其载流子密度和迁移率。要增加，只有提高载流子密度。只有提高载流子密度。v稳态光电导稳态光电导 半导体无光照时为半导体无光照时为暗态暗态，此时材料具有此时材料具有暗电导暗电导；有光照时为有光照时为亮态亮态，此时具有，此时具有亮电导亮电导。如果给半导体材料外加电压，通过的电流有如果给半导体材料外加电压，通过的电流有暗电流与亮电流之分。亮电导与暗电导之差称暗电流与亮电流之分。亮电导与暗电导之差称为为光电导光电导，亮电流与暗电流之
9、差称为，亮电流与暗电流之差称为光电流光电流。u 当光入射到材料内，入射光子与材料价带中的电当光入射到材料内，入射光子与材料价带中的电子相互作用，若能使电子进入导带，则出现光生载子相互作用，若能使电子进入导带，则出现光生载流子对，从而增加了导电粒子的浓度，则光电导流子对，从而增加了导电粒子的浓度，则光电导（光照后电导率的增量）（光照后电导率的增量）v暗态下暗态下:Gd=dA/L,Id=GdU=dAU/Lv亮态下亮态下:Gl=lA/L,Il=GlU=lAU/Lv亮态与暗态之差亮态与暗态之差Gp=GlGd=(l-d）A/L=A/LIp=IlId=(Gl-Gd）U=AU/LA：半导体材料横截面面积；：
10、半导体材料横截面面积；L：半导体材料长度：半导体材料长度I：电流；：电流；U：外加电压：外加电压G：电导；：电导；：电导率：电导率：光致电导率的变化量：光致电导率的变化量下标下标d代表暗，代表暗，l代表亮，代表亮，p代表光。代表光。v在光照下在光照下,设单位时间内产生设单位时间内产生N个电子空穴对，则个电子空穴对，则光光生电子和空穴浓度：生电子和空穴浓度：v光电流：光电流：v光电导增益：光电导增益：M表示在长为表示在长为L的光电导体两端加上电压后，由光照的光电导体两端加上电压后，由光照产生的光生载流子在电场作用下所形成的外部电流与产生的光生载流子在电场作用下所形成的外部电流与光生载流子形成的内
11、部电流之比。光生载流子形成的内部电流之比。v因为光电子在两极的渡越时间为因为光电子在两极的渡越时间为：v故故：v对本征型光电导器件，设对本征型光电导器件，设：v结论：结论：减小减小L，则，则tr减小，有利于增大减小，有利于增大M，但，但L太太小，将使受光面太小，不利于对光的吸收。小，将使受光面太小，不利于对光的吸收。二、响应时间二、响应时间v光电导的张弛过程：光电导的张弛过程：当用一个理想方波脉冲辐射照当用一个理想方波脉冲辐射照射光电导器件时，光生电子要有产生的过程，光生射光电导器件时，光生电子要有产生的过程，光生电导率电导率要经过一定的时间才能达到稳定。当停要经过一定的时间才能达到稳定。当停
12、止辐射时，复合光生载流子也需要时间。止辐射时，复合光生载流子也需要时间。v原因：原因：非平衡载流子的产生与复合都不是立即完成非平衡载流子的产生与复合都不是立即完成的。的。v光电导器件在光照下，光生载流子随时间变化的规律为光电导器件在光照下，光生载流子随时间变化的规律为当当 t=时，时，n=0.63G=0.63n0，I=0.63Ie0；定义为光敏电阻的上升时间常数；定义为光敏电阻的上升时间常数；停止辐射时，停止辐射时，当当 t=时，时，n=0.37n0，下降时间常数。下降时间常数。显然，在弱辐射作用下的上升时间常数显然，在弱辐射作用下的上升时间常数r r与下降与下降时间常数时间常数f f近似相等
13、。近似相等。v结论：结论：光电导张弛过程的时间常数就是载流子光电导张弛过程的时间常数就是载流子的寿命。的寿命。v在正弦型光照下，在正弦型光照下，v当当 时，时，有，有上限截止频率或3dB带宽v结论：材料的光电灵敏度与频率带宽是相互制约的。结论：材料的光电灵敏度与频率带宽是相互制约的。v增益带宽积增益带宽积3.2.3 3.2.3 光敏电阻光敏电阻原理：光敏电阻原理：光敏电阻阻值对光照特别敏感，阻值对光照特别敏感，是一种典型的是一种典型的利利用用光电导效应光电导效应制成的光电探测器件。制成的光电探测器件。当光照射到半当光照射到半导体材料时，材料吸收光子的能量，使非传导态电子导体材料时，材料吸收光子
14、的能量，使非传导态电子变为传导态电子，引起载流子浓度增大，因而导致材变为传导态电子，引起载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大。料电导率增大。无光照时无光照时,光敏电阻的阻值很大，光敏电阻的阻值很大，电路中的电流很小；电路中的电流很小；有光照时，光生载流子迅速增有光照时，光生载流子迅速增加，阻值急剧减小，在电路中加，阻值急剧减小，在电路中形成电流。形成电流。一、结构与材料一、结构与材料v组成：它由一块涂在绝缘基底上的光电导材料薄膜和两端接组成：它由一块涂在绝缘基底上的光电导材料薄膜和两端接有两个引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内有两个引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。电极。电极和光电
15、导体之间呈欧姆接触。和光电导体之间呈欧姆接触。自由载流子寿命自由载流子寿命有效渡越时间有效渡越时间常见光敏电阻常见光敏电阻1.硫化镉（硫化镉（CdS）光敏电阻）光敏电阻可见光波段最灵敏的光电导器件峰值波长0.52m，掺铜和氯后向远红外区域延伸时间常数与入射照度有关（100lx为几十ms)用于自动控制灯光、自动调光调焦、自动照相机2.硫化铅（硫化铅（PbS）光敏电阻）光敏电阻近红外波段灵敏13.5m，在2m附近的红外辐射的探测灵敏度很高，因此，常用于火灾的探测等领域。特性与工作温度有关响应时间太长（室温下为100300s）3.锑化铟（锑化铟（InSb）光敏电阻）光敏电阻液氮温度（77K）时峰值波
16、长（5m)，刚好在大气窗口35m范围内响应时间为1s室温下长波极限可达7.5m4.碲碲镉镉汞（汞（HgCdTe）光敏）光敏电电阻阻是目前所有探是目前所有探测测器中性能最器中性能最优优良、最有前途的探良、最有前途的探测测器器对对8 14 m大气窗口波段的探大气窗口波段的探测测更更为为重要，峰重要，峰值值波波长长为为10.6 m，可与，可与CO2激光器的激光波激光器的激光波长长相匹配相匹配是由是由HgTe和和CdTe两种材料的晶体混合制造的，两种材料的晶体混合制造的，由于由于配制配制Cd组组分（分（x量，一般量，一般为为1.8 0.4）的不同，可得到）的不同，可得到不同的禁不同的禁带宽带宽度，从而
17、制造出波度，从而制造出波长长响响应应范范围围不同的不同的Hg1-xCdxTe探探测测器，器，1 3 m、3 5 m、8 14 m4.是近是近红红外、中外、中红红外探外探测测器中性能最器中性能最优优良的探良的探测测器器5.碲锡铅（碲锡铅（PbSnTe）光敏电阻）光敏电阻由于配制由于配制Sn的的组组分含量不同，禁分含量不同，禁带宽带宽度也不同，度也不同，峰峰值值波波长长及及长长波限也随之改波限也随之改变变，但它的禁，但它的禁带宽带宽度度变变化范化范围围不大不大目前只能工作在目前只能工作在8 10m波段，由于探波段，由于探测测率率较较低，低，应应用不广泛用不广泛Pb0.83Sn0.17Te探探测测器
18、，器，77K时，峰值波长时，峰值波长与与CO2激光器的激光器的10.6 m激光波激光波长长相吻合，相吻合，长长波限波限为为11 m6.锗掺杂锗掺杂探探测测器器其特点是响其特点是响应时间较应时间较短（短（10-6 10-8S），要求工），要求工作温度低作温度低工作在工作在绝对绝对温度温度2K时时，其探，其探测测波波长长可达可达130 m，这这是其它探是其它探测测器所不能达到的器所不能达到的二、光敏电阻的基本特性二、光敏电阻的基本特性v1.光电特性光电特性 光敏电阻为多数电子导电的光电敏感器件。光敏电阻的基本特性参数包含光电导特性光电导特性、时间响应时间响应、光谱响光谱响应应、伏安特性与噪声特性伏
19、安特性与噪声特性等。光敏电阻在黑暗的室温条件下，由于热激发产生的载流子使它具有一定的电导，该电导称为暗电导暗电导。当有光照射在光敏电阻上时，它的电导将变大，这时的电导称为光电导光电导。光电流与照度的关系称为光电特性。光电流与照度的关系称为光电特性。电导随光照量电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。变化越大的光敏电阻就越灵敏。在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的光电流Ip为 式中式中Sg为光电导灵敏度，单位为为光电导灵敏度，单位为S/lxS/lx，决定于材料特性；决定于材料特性；电压指数电压指数=1=1；照度指数照度指数 为为0.50.5（强光）（强光）1 1（弱光）；（弱光）；E为光敏电阻的照
20、度。为光敏电阻的照度。显然，当照度很低时，曲线近似为线性；随照度的增高，线显然，当照度很低时，曲线近似为线性；随照度的增高，线性关系变坏，当照度变得很高时，性关系变坏，当照度变得很高时，曲线近似为抛物线形。曲线近似为抛物线形。v光敏电阻的光谱响应主要由光敏材料禁带宽度、杂质电离能、材料掺杂比与掺杂浓度等因素有关。v2.光谱特性光谱特性v光谱特性曲线反映了光谱灵敏范围、峰值波长及波长与灵光谱特性曲线反映了光谱灵敏范围、峰值波长及波长与灵敏度的关系。敏度的关系。v3.频率特性频率特性v光敏电阻的频率特性差，不适于接收高频信号。光敏电阻的频率特性差，不适于接收高频信号。v4.伏安特性伏安特性 不同光
21、照下加在光敏电阻两端的电压U与流过它的电流Ip的关系曲线，并称其为光敏电阻的伏安特性。光敏电阻的伏安特性线性很好线性很好，在一定光照下阻值稳定阻值稳定。v5.温度特性温度特性 如图所示为典型CdS与CdSe光敏电阻在不同照度下的温度特性曲线。以室温（25）的相对光电导率为100%，观测光敏电阻的相对光电导率随温度的变化关系。降低温度降低温度:冷却冷却可以看出光敏电阻的相对光电可以看出光敏电阻的相对光电导率随温度的升高而下降，光导率随温度的升高而下降，光电响应特性随着温度的变化较电响应特性随着温度的变化较大。大。v6.前历效应前历效应 光敏电阻的时间特性与工作前光敏电阻的时间特性与工作前“历史历
22、史”有关的现象。有关的现象。暗态前历：光电流上升慢暗态前历：光电流上升慢 亮态前历：时间短亮态前历：时间短v7.噪声特性噪声特性v光敏电阻的主要噪声有热噪声、产生复合噪声和光敏电阻的主要噪声有热噪声、产生复合噪声和低频噪声低频噪声(或称或称1/f噪声噪声)。v优点：优点：灵敏度高，光电导增益大于灵敏度高，光电导增益大于1，工作电流大，无极性，工作电流大，无极性之分之分光谱响应范围宽，尤其对红外有较高的灵敏度光谱响应范围宽，尤其对红外有较高的灵敏度所测光强范围宽，可测强光、弱光所测光强范围宽，可测强光、弱光v不足：不足：强光下光电转换线性差强光下光电转换线性差光电导弛豫时间长光电导弛豫时间长受温
23、度影响大受温度影响大由伏安特性知，设计负载时，应考虑额定功耗由伏安特性知，设计负载时，应考虑额定功耗进行动态设计时，应考虑光敏电阻的前历效应进行动态设计时，应考虑光敏电阻的前历效应三、三、光敏电阻的偏置电路光敏电阻的偏置电路v1.基本偏置电路基本偏置电路 设在某照度Ev下，光敏电阻的阻值为R，电导为G，流过偏置电阻RL的电流为IL 光照变化时，而，dR=d(1/G)=(-1/G)dG dG=S dE 因此 22gv设iL=dIL，ev=dEv，则 加在光敏电阻上的电压为R与RL对电压Ubb的分压，即UR=R/(R+RL)Ubb，因此，光电流的微变量为 所以得 光敏电阻起电光敏电阻起电流源的作用
24、。流源的作用。偏置电阻RL两端的输出电压为 从上式可以看出，当电路参数确定后，输出电压信号与弱辐射入射辐射量（照度ev）成线性关系。v2.恒流电路恒流电路 在简单偏置电路中，当RLR时，流过光敏电阻的电流基本不变，此时的偏置电路称为恒流电路。然而，光敏电阻自身的阻值已经很高，再满足恒流偏置的条件就难以满足电路输出阻抗的要求，为此，可引入如图所示的晶体管恒流偏置电路。稳压管DW将晶体三极管的基极电压稳定，即UB=UW，流过晶体三极管发射极的电流Ie 为 在晶体管恒流偏置电路中输出电压Uo为 求微分得 将 代入得 或 显然，恒流偏置电路的电压灵敏度SV为 v3.恒压电路恒压电路当RLR时，构成光敏
25、电阻的恒压偏置电路。光敏电阻在恒压偏置电路的情况下，输出的电流IP与处于放大状态的三极管发射极电流Ie近似相等。因此，恒压偏置电路的输出电压为 取微分，则得到输出电压的变化量为 恒压偏置电路的输出电压信号与光敏电阻的阻值无关。恒压偏置电路的输出电压信号与光敏电阻的阻值无关。这一特性在采用光敏电阻的测量仪器中特别重要，在更换光敏电阻时只要使光电导灵敏度保持不变即可使输出信号电压不变。v4.光控电路光控电路光敏电阻在一定光照下阻值稳定，可作光控继电器。解：例：习题3.15已知：CdS光敏电阻，E=0 lx时，Rd=100M；E=100 lx时，RL=50K，Ub=12V，晶体管=50，继电器的吸合
26、电流I=10mA,Re=100。求：继电器吸合需多大的照度？+UbReRK暗电导:亮电导:因为:所以,光电导灵敏度:+UbReRK当继电器K动作时,加在光敏电阻上的电压为:由忽略暗电流时n光敏电阻随温度变化大光敏电阻随温度变化大,线性差线性差,故不适于作精密测量。故不适于作精密测量。n但因其小巧、结构紧凑、价格低廉、能通过较大的电流，但因其小巧、结构紧凑、价格低廉、能通过较大的电流，广泛用于控制装置中。广泛用于控制装置中。1光控继电器光控继电器2路灯自动熄亮装置路灯自动熄亮装置3白炽灯调光软开关白炽灯调光软开关4光、感双控自动开关光、感双控自动开关5光控防盗报警器光控防盗报警器6测光文具盒测光
27、文具盒光敏电阻的应用光敏电阻的应用七七.电子鞭炮电子鞭炮八八.光控变阻器光控变阻器九九.光电变位检测器光电变位检测器十十.外测曝光表外测曝光表十一十一.内测曝光表与电子快门内测曝光表与电子快门十二十二.浓度计浓度计十三十三.追光机器人追光机器人3.3光探测器性能参数(1)光电特性和光照特性光电特性和光照特性v光电特性光电特性当光电器件上的电压一定时，当光电器件上的电压一定时，光电光电流流与入射在光电器件上的与入射在光电器件上的光通量光通量之间的关系。之间的关系。v光照特性光照特性光电流光电流与入射在光电器件上的与入射在光电器件上的光照光照度度之间的关系。之间的关系。v线性度线性度探测器的输出光
28、电流探测器的输出光电流与输入光的辐射通量成比例的程与输入光的辐射通量成比例的程度和范围。度和范围。线性区的下限由暗电线性区的下限由暗电流和噪声等因素决定，而上限通流和噪声等因素决定，而上限通常由饱和效应可过载决定。常由饱和效应可过载决定。（2）光谱特性）光谱特性v光谱响应度：光谱响应度：就是指不同波长处的响应能力，又称就是指不同波长处的响应能力，又称为光谱灵敏度。为光谱灵敏度。v如果探测器对波长为如果探测器对波长为的光辐射通量的光辐射通量产生的输出产生的输出电流为电流为Ip，则其光谱响应度为：，则其光谱响应度为：类似有：v光电流或输出电压光电流或输出电压与入射与入射光波长光波长之间的关系。之间
29、的关系。积分灵敏度积分灵敏度v指的是在一定条件下，单位光（辐射）量所产生指的是在一定条件下，单位光（辐射）量所产生的光电流（电压）大小。的光电流（电压）大小。v由于各种器件使用的范围及条件不一致，因此灵由于各种器件使用的范围及条件不一致，因此灵敏度有各种不同的表示法。敏度有各种不同的表示法。A/lm or A/W or V/W。v光谱灵敏度光谱灵敏度S()与积分灵敏度与积分灵敏度S的关系：的关系：光谱响应特性曲线光谱响应特性曲线v光谱响应曲线：光谱响应曲线：或或 v相对光谱响应曲线：最大值归一化为相对光谱响应曲线：最大值归一化为1；v峰值波长：响应率最大值所对应的波长；峰值波长：响应率最大值所
30、对应的波长；v截止波长：响应率下降到最大值的一半所对截止波长：响应率下降到最大值的一半所对应的波长；它表示探测器适用的波长应的波长；它表示探测器适用的波长范围。范围。(3)(3)等效噪声功率和探测率等效噪声功率和探测率探测器无信号输入时，也会有噪声输出。若假探测器无信号输入时，也会有噪声输出。若假设此有效噪声值是相当功率的输入信号造成的，则设此有效噪声值是相当功率的输入信号造成的，则此功率值可作为探测器的噪声水平的衡量。此功率值可作为探测器的噪声水平的衡量。是可测的信号功率最小值；是可测的信号功率最小值；是单位信噪比的入射光功率；是单位信噪比的入射光功率；NEP越小，探测器越灵敏。越小，探测器
31、越灵敏。v用用NEP的倒数作为衡量探测器最小可探测能力的参的倒数作为衡量探测器最小可探测能力的参数，是单位入射功率相应的信噪比，并称之为数，是单位入射功率相应的信噪比，并称之为探测探测度度，用，用D来表示：来表示：为为了了便便于于对对不不同同面面积积和和不不同同工工作作带带宽宽的的器器件件进进行行比比较较，因因此此引引入入归归一一化化探探测测率率D*（比比探探测测率率），其其值为值为 式中：式中：A A为器件接收面积，为器件接收面积，ff为工作带宽。为工作带宽。D越高，探测器的灵敏度越高，性能越好。越高，探测器的灵敏度越高，性能越好。（4 4）响应时间）响应时间v探测器对变化信号响应探测器对变
32、化信号响应快慢快慢的能力。的能力。v当光辐射突然当光辐射突然照射照射或或消失消失时，探测器的输出信号时，探测器的输出信号不会立即到达不会立即到达最大值最大值或下降为或下降为零零，而是出现变化，而是出现变化缓慢的缓慢的上升上升沿和沿和下降下降沿。上升或下降的时间就是沿。上升或下降的时间就是弛豫时间，或称为响应时间或时间常数（惰性）。弛豫时间，或称为响应时间或时间常数（惰性）。这种弛豫现象表现了光电探测器对光强变化反应这种弛豫现象表现了光电探测器对光强变化反应的快慢。的快慢。v对周期变化的光强，光电器件的弛豫时间对周期变化的光强，光电器件的弛豫时间如果比周期长得多，那么就不能反映光强的如果比周期长
33、得多，那么就不能反映光强的变化。变化。v实际实际器件器件的响应的响应都具有滞后都具有滞后现现象（惰性）象（惰性）。v起始弛豫（上升时间）定义为响应值上升至稳定值起始弛豫（上升时间）定义为响应值上升至稳定值时所需的时间时所需的时间，此值约为，此值约为63%；v衰减弛豫（下降时间）定义为响应值下降至稳定值衰减弛豫（下降时间）定义为响应值下降至稳定值的的时所需的时间，此值约为时所需的时间，此值约为37%。v这些上升或下降的时间就表示了器件惰性的大小。这些上升或下降的时间就表示了器件惰性的大小。0.370.631上升时间下降时间（5）探测器的探测能力）探测器的探测能力v噪声噪声N：除探测信号之除探测信
34、号之外的测量值外的测量值。v信噪比：信噪比：v为了提高信噪比，可增为了提高信噪比，可增大信号值或减小噪声大大信号值或减小噪声大小。小。)(tunt0显然，无法用预先确知的时间函显然，无法用预先确知的时间函数来描述它。数来描述它。长时间看，噪声电压从零向上涨长时间看，噪声电压从零向上涨和向下落的机会是相等的，其时和向下落的机会是相等的，其时间平均值一定零。所以用时间平间平均值一定零。所以用时间平均值无法描述噪声大小。均值无法描述噪声大小。然而，噪声本身是统计独立的，然而，噪声本身是统计独立的，所以能用统计的方法来描述。所以能用统计的方法来描述。按噪声产生的原因，可分为以下几类：按噪声产生的原因，
35、可分为以下几类：1 1、外部原因外部原因(干扰干扰)：人为噪声；人为噪声；自然噪声。自然噪声。通过屏蔽、遮光、背景扣除等手段减少通过屏蔽、遮光、背景扣除等手段减少2 2、内部原因内部原因(噪声噪声)：热噪声；热噪声；散粒噪声；散粒噪声；暗电流噪声；产生复合噪声；暗电流噪声；产生复合噪声；1/f噪噪声；温度噪声；量子（辐射）噪声；放声；温度噪声；量子（辐射）噪声；放大器噪声。大器噪声。几种常见噪声的产生原因及其表示方法几种常见噪声的产生原因及其表示方法热热噪噪声声：热热噪噪声声是是由由导导体体或或半半导导体体中中载载流流子子随随机机热热激激发发的的波波动动而而引引起起的的无无偏偏压压下下的的起起
36、伏伏电电动动势势、或起伏电流。或起伏电流。v 注意注意：热噪声虽然是温度热噪声虽然是温度T T的函数，但并不是温的函数，但并不是温 度变化引起的温度噪声。度变化引起的温度噪声。属属于于“白白噪噪声声”。即即：热热噪噪声声的的大大小小与与频频率率的的高高低无关。低无关。v措施：降低温度措施：降低温度T；压缩带宽；压缩带宽2 2、散粒噪声：由于、散粒噪声：由于粒子的随机性粒子的随机性出现而构成的噪声。出现而构成的噪声。随随机机事事件件有有：物物体体辐辐射射的的或或接接收收的的光光子子数数；阴阴极极发发射射的的电电子子数数；半半导导体体中中的的载载流流子子数数；光光电电倍倍增增器的倍增系数等。器的倍
37、增系数等。散粒噪声的大小取决于：散粒噪声的大小取决于：注意：注意：属于白噪声。属于白噪声。措施：减小背景光；压缩带宽措施：减小背景光；压缩带宽3、暗电流噪声暗电流噪声许多传感器，即使没有信号输入，也有电流许多传感器，即使没有信号输入，也有电流输出。产生的机理随器件不同而不同，如：场致输出。产生的机理随器件不同而不同，如：场致发射、热激发载流子等。发射、热激发载流子等。属于白噪声。属于白噪声。措施：降低温度措施：降低温度T；压缩带宽；压缩带宽4、1/f噪声噪声1/f噪噪声声又又称称为为闪闪烁烁或或低低频频噪噪声声。这这种种噪噪声声是是由由于于光光敏敏层层的的微微粒粒不不均均匀匀或或不不必必要要的的微微量量杂杂质质的的存存在在，当当电电流流流流过过时时在在微微粒粒间间发发生生微微火火花花放放电电而而引引起起的的微微电爆脉冲。噪声的电流与电压均方值分别为电爆脉冲。噪声的电流与电压均方值分别为：2 2；：0.8-1.5;0.8-1.5;：比例常数。：比例常数。工作频率越低，工作频率越低，1/f 1/f 噪声越大。噪声越大。