光電探測器知識大全

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光電探測器的分類

  光電探測器分為光電二極管、雪崩光電管、四象限探測器、位敏探測器、波長感應探測器。

  1. 光電二極管(PIN):應用于一般通用場合。針對特殊應用,可以增加探測器信號放大和探測器前置濾光片。

  2. 雪崩光電管(APD):主要用于微弱信號場合,同時具備快速響應能力,可以提供各種尺寸和封裝類型。

  3. 四象限探測器(Quadrant):由一個四激活區域的芯片組成,主要應用于位置傳感。

  4. 位敏探測器(PSD):入射光能量轉換為位置相對的連續電流輸出,位置信號是相對于入射光的“光學中心”。

  5. 波長敏感探測器(WS):用于檢測單色光波長或復合光的峰值波長,光譜分辨率可達0.01nm。

  應用范圍:安全防護,激光測距,工業控制,分析儀器,軍工航天,醫療設備,光通訊。

  

光電探測器噪聲分類

  光電探測器噪聲包括:散彈噪聲、熱噪聲、產生-復合噪聲、1/f噪聲和溫度噪聲等。

  1、散彈噪聲:由于光電探測器在光輻射作用或熱激發下,光電子或載流子隨機產生造成的。存在于真空發射管和半導體器件中,屬于白噪聲。

  2、熱噪聲:暗電流大小與偏壓、溫度及反向飽和電流密切相關。PN結外加正向偏壓,暗電流隨外加電壓增大成指數急劇增大,遠大于光電流,因此加正偏壓無意義。PN結外加反向偏壓,暗電流隨反向偏壓增大有所增大,*后等于反向飽和電流,其值遠小于光電流。

  3、產生-復合噪聲:半導體中載流子產生與復合的隨機性而引起的載流子濃度的起伏。與散彈噪聲本質相同,都是由于載流子隨機起伏所致,所以有時將該噪聲歸并為散彈噪聲。不是白噪聲,低頻限噪聲。是光電探測器的主要噪聲源。

  4、1/f噪聲:(又稱電流噪聲、閃爍噪聲或過剩噪聲),低頻噪聲,幾乎所有探測器都存在。探測器表面工藝狀態對該噪聲影響很大。頻譜近似與頻率成反比。主要出現在1kHz以下的低頻區,工作頻率大于1kHz時,與其他噪聲相比可忽略。

  5、倍增噪聲:光電倍增管

  6、雪崩噪聲:雪崩光電二極管

  7、溫度噪聲:熱探測器本身吸收和傳導等熱交換引起的溫度起伏。

  

半導體光電探測器的結構

  RCE肖特基光電探測器結構的各層用分子束外延生長在GaAs襯底上。諧振腔由GaAs-AlAs分布布拉格反射(DBR)的底部反射器和半透明的頂部金(Au)接觸形成。InGaAs吸收層的In克分子數低于10%,為了避免載流子俘獲,兩個異質結層都線性地形成25nm的梯度。總的吸收區厚度為130nm左右,用來消除腔中的持續波效應。通過耗盡區中吸收層位置的*佳化,得到電子和空穴的*小渡越時間。器件用光刻法制作,采用臺面隔離和Au空橋連接頂部,接觸到片上的微波共平面傳輸線。Au接觸層厚度為20nm,Si3N4涂蓋層厚度200nm。

  

光電探測器測試系統介紹

  一、系統的主要測試功能

  1、固定圖案噪聲和瞬時噪聲

  2、響應率和探測率

  3、動態范圍/線性度

  4、NETD

  5、非均勻性校正

  6、壞像元定位

  7、光譜響應

  8、串音/MTF

  二、組成

  測試系統包括三個基本單元:

  一個帶支撐的光學平臺;

  一個帶多種支架的控制柜;

  一臺計算機:帶有視頻采集卡,數據采集

  和處理的軟件。

  三、光學機械單元

  1. 一個光學平臺,規格1.25m×1.25m

  2. 一個高溫腔式黑體和一個差分黑體(可見 /紅外源)

  3. 一個單色儀,一個光學調制盤和一個熱釋電探測器(用于測量光譜響應)

  4. 一個針孔靶標和一套水平/垂直狹縫靶標(用于測量串音和MTF)

  5. 一套光學系統,用于將靶標聚焦在探測器上

  6. 三維電動調節移動臺用于探測器的定位

  7. 一塊連接探測器和控制柜的電路板

  四、控制機柜

  控制機柜包含以下單元:

  1.偏置電壓發生器

  2.時鐘信號發生器

  3.鎖相放大器

  4.低噪聲的模數轉換器

  5.三維電動調節移動臺控制器

  6.光學調制盤控制器

  7.差分黑體控制器

  8.高溫腔式黑體控制器

  五、計算機和軟件

  計算機配置了視頻采集卡。采用windows操作系統軟件具有如下功能:

  1. 器件設置:單元/多元器件,像元數,幀頻,積分時間,像元大小,視場角,壞像元的定義準則

  2. 偏置電壓和時鐘信號的設置

  3. 像元重組

  4. 瞬時噪聲和固定圖案噪聲的測量

  5. 響應率,探測率和NETD計算

  6. 動態范圍和線性度

  7. 壞像元定位

  8. 非均勻性校正

  9. 光譜響應曲線

  10. MTF曲線

  11. 串音

  12. 選擇所需的區域

  13. 圖形旋轉,放大,自動范圍

  14. 存儲圖像

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