第九、十课光探测-预习用

第九课 光探测

2023/2/3主要内容5.1 光电探测器的定义5.2光电探测器的物理效应5.3 光电探测器的特性参数5.4 典型光电探测器件5.5 光电探测技术的应用

光探测器：凡是能把光辐射量转换成另一类便于测量的物理量的器件。光电探测器：将光信号转换成电信号的器件。——它是光电系统的核心组成部分（光源、信道和探测器），在光电系统中的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。

2023/2/35.1 光电探测器的定义

2023/2/35.1.2 光电探测器的物理效应光电（光子）效应：单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小直接影响内部电子状态的改变。对光波频率表现出选择性，在光子与电子直接相互作用的情况下，响应速度一般比较快（ns～us）。光热效应：探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升的效应。温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。一般对光波频率没有选择性，在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。响应速度比较慢（ms）。光电效应分类效应典型探测器外光电效应♠光阴极发射光电子♠光电子倍增打拿极倍增通道电子倍增光电管光电倍增管像增强管内光电效应♠光电导（本征和非本征）♠光生伏特

PN结和PIN结（零偏）

PN结和PIN结（反偏）雪崩肖特基势垒♠光电磁光子牵引光导管或光敏电阻光电池光电二极管雪崩光电二极管肖特基势垒光电二极管光电磁探测器光子牵引探测器

2023/2/3光热效应分类效应典型探测器♠测辐射热计负电阻温度系数正电阻温度系数超导♠温差电♠热释电♠其他热敏电阻测辐射热计金属测辐射热计超导远红外探测器热电偶、热电堆热释电探测器高莱盒、液晶

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2023/2/3光电发射效应光电发射效应：光子能量足够大，物体受光照后向外发射电子。能产生光电发射效应的物体称为光电发射体，多为金属和金属氧化物，也可为半导体材料。爱因斯坦方程：光电发射条件：截止频率 截止波长

电子逸出功：是描述材料表面对电子束缚强弱的物理量。光电子最大动能

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2023/2/3光电导效应光电导效应：光照引起半导体材料电导率变化的现象。本征型光电导：当入射光子的能量等于或大于半导体材料的禁带宽度Eg时，激发一个电子－空穴对，在外电场的作用下，形成光电流。杂质型光电导：对于Ｎ型半导体，当入射光子的能量等于或大于杂质电离能Ｅi时，将施主能级上的电子激发到导带而成为导电电子，在外电场的作用下，形成光电流。本征型用于可见光长波段,杂质型用于红外波段。价带导带电子空穴Eg价带导带电子空穴Ｅi施主

2023/2/3光伏效应光伏效应：半导体的“结”效应，实现光伏效应需要有内部电势垒，当照射光激发出电子-空穴对时，电势垒的内建电场将把电子-空穴对分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，产生光伏效应。内部电势垒可以是PN结、PIN结、肖特基结、异质结等。

2023/2/3光热效应光热效应：材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材料的性质发生变化。

—热释电效应：介质的极化强度随温度变化而变化，引起表面电荷变化的现象。 —温差电效应：由两种材料制成的结点出现温差而在两结点间产生电动势，又称塞贝克效应。 —辐射热计效应：入射光的照射使材料由于受热而造成电阻率变化的现象。

2023/2/35.3 光电探测器的特性参数5.3.1 响应特性5.3.2 噪声特性5.3.3 量子效率5.3.4 线性度5.3.5 工作温度

2023/2/35.3.1 响应特性1.响应度（灵敏度）：是光电探测器输出电信号与输入光功率之间关系的度量。描述的是光电探测器件的光电转换效率。 —电压响应度：光电探测器件输出电压与入射光功率之比

—电流响应度：光电探测器件输出电流与入射光功率之比

2023/2/3响应特性2.光谱响应度：探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入射的单色光功率之比。光谱响应度随波长的变化称为探测器的光谱响应。

RU是常数时，相应探测器称为无选择性探测器(如光热探测器)，光子探测器则是选择性探测器。3.积分响应度：探测器对各种波长光连续辐射量的响应程度。

2023/2/3响应特性4.响应时间：描述光电探测器对入射光响应快慢的参数。

—上升时间（τr）：入射光照射到光电探测器后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。 —下降时间（τf）：入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间。τrτf光信号探测信号tP一般，

τ=τr

=τf，称为探测器的响应时间。

2023/2/3响应特性5.频率响应：描述光电探测器的响应度在入射光波长不变时，随入射光的调制频率而变化的特性。

R0是零频响应度f是调制频率τ是响应时间

R(f)随f的升高而下降，下降的速度与响应时间的大小有关。一般规定R(f)下降到：光电探测器的频率响应曲线此时的频率fc为探测器的响应截止频率：特性曲线i＝F（f）的关系称为光电频率特性，相应的曲线称为频率特性曲线。i=F(P)及曲线称为光电特性曲线。i＝F(λ)及其曲线称为光谱特性曲线。i＝F(u)及其曲线称为伏安特性曲线。

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2023/2/35.3.2 噪声特性如果对这些随时间而起伏的电压(流)按时间取平均值，则平均值等于零。但这些值的均方根不等于零，这个均方根电压(流)称为探测器的噪声电压(流)。从响应度的定义来看，好象只要有光辐射存在，不管它的功率如何小，都可探测出来。但事实并非如此。当入射功率很低时，输出只是些杂乱无章的变化信号，而无法肯定是否有辐射入射在探测器上。这并不是探测器不好引起的，而是它所固有的噪声引起的。

2023/2/3光电探测器常见噪声热噪声散粒噪声产生-复合噪声1/f噪声1、热噪声热噪声：或称约翰逊噪声，即载流子无规则的热运动造成的噪声。①热噪声存在于任何电阻中。②热噪声与温度成正比。③热噪声与频率无关。热噪声是各种频率分量组成，就像白光是各种波长的光组成一样，所以热噪声也称为白噪声。2、散粒噪声散粒噪声：也称散弹噪声，穿越势垒的载流子的随机涨落（统计起伏）所造成的噪声。在每个时间间隔内，穿过势垒区的载流子的数或从阴极到阳极的电子数都围绕一平均值上下起伏。散粒噪声也是白噪声，与频率无关。散粒噪声是光电探测器的固有特性，对大多数光电探测器的研究表明：散粒噪声具有支配地位。3、产生-复合噪声半导体受光照，载流子不断产生—复合。在平衡状态时，在载流子产生和复合的平均数是一定的,但在某一瞬间载流子的产生数和复合数是有起伏的，这种起伏导致载流子浓度的起伏，由这种起伏引起的噪声产生—复合噪声。它不是白噪声。4、1/f噪声1/f噪声：或称闪烁噪声或低频噪声。由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲称为1/f噪声。。噪声的功率近似与频率成反比多数器件的1/f噪声在200~300Hz以上已衰减到可忽略不计。

2023/2/3噪声特性参数信噪比（SNR）：负载电阻上信号功率与噪声功率之比，是判定噪声大小的参数。噪声等效功率（NEP）：信号功率与噪声功率比为1（SNR=1）时，入射到探测器件上的光功率(单位为瓦)。

NEP反映了探测器的最小可探测功率，NEP越小说明探测器的噪声特性越好，探测能力越强。

2023/2/3噪声特性参数探测度：噪声等效功率的倒数。

经过分析，发现NEP与检测元件的面积Ad和测量带宽Δf乘积的平方根成正比，为了方便比较不同探测器之间的探测能力，定义归一化探测度：

2023/2/35.3.3 量子效率量子效率：某一特定波长下，单位时间内产生的平均光电子数与入射光子数的比。量子效率是一个微观参数，量子效率愈高愈好。对理想的探测器，入射一个光量子发射一个电子，=1；实际上，

<1。

量子效率如果说灵敏度（响应度）R是从宏观角度描述了光电探测器的光电、光谱以及频率特性，那么量子效率η则是对同一个问题的微观描述。这里给出量子效率和灵敏度关系：对某一波长来说，其光谱量子效率：c是材料中的光速。量子效率正比于灵敏度而反比于波长。

2023/2/35.3.4 线性度线性度是描述光电探测器输出信号与输入信号保持线性关系的程度。在某一范围内探测器的响应度是常数，称这个范围为线性区。

2023/2/35.3.5 工作温度工作温度就是指光电探测器最佳工作状态时的温度。光电探测器在不同温度下，性能有变化。 例如，半导体光电器件的长波限和峰值波长会随温度而变化；热电器件的响应度和热噪声会随温度而变化。光电检测器件的性能参数参数物理描述表达式单位积分灵敏度光电转换特性的量度安/瓦伏/瓦光谱灵敏度对某一波长光电转换的量度安/瓦频率灵敏度电流随调制频率变化的量度安/瓦量子效率吸收的光子数和激光的电子数之比通量阈探测器所能探测的最小光信息功率瓦噪声等效功率单位信噪比时的信号光功率瓦归一化探测度与噪声等效功率成倒数、光敏面积和噪声功率有关厘米.赫兹1/2/瓦

2023/2/35.4 典型光电探测器件5.4.1 光电探测器件的分类5.4.2 光电倍增管5.4.3 光敏电阻5.4.4 光电二极管5.4.5光电池5.4.6 热电器件–热敏电阻–热释电器件–热电偶

2023/2/35.4.1 光电探测器件的分类光电探测器件的分类 —按结构分类：单元、多元、阵列

—按探测方式分类：直接、外差 —按用途分类：成像、非成像 —按工作原理分类：光电发射器件、光电导器件、光伏器件、热电器件光电探测器件的分类

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2023/2/35.4.2 光电倍增管（PMT）光电倍增管是建立在光电效应、二次电子发射和电子光学理论基础上的，把微弱入射光转换成光电子，并获倍增的器件。它是一类灵敏度极高、响应速度极快的光电探测器件。广泛应用于光子计数、微光探测等仪器中。㈠、基本结构与原理光入射窗口光电阴极电子光学输入系统二次发射电子倍增器阳极

光窗分侧窗式和端窗式两种，它是入射光的通道。由于光窗对光的吸收与波长有关，波长越短吸收越多，所以倍增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料。1．光入射窗侧窗式端窗式2．光电阴极

光电阴极由光电发射材料制作。光电发射材料大体可分为：金属材料、半导体材料。⑴光吸收系数大，以便体内有较多的电子受到激发；⑵光电子在体内传输过程中受到的能量损失小，使其溢出深度大；⑶材料的逸出功要小，使到达真空界面的电子能够比较容易地溢出；⑷另外，作为光电阴极，其材料还要有一定的电导率，以便能够通过外电源来补充因光电发射所失去的电子。

良好的光电发射材料应具备下述条件：★金属吸收效率很低；★金属中光电子溢出深度很浅，只有几纳米；★金属溢出功大多为大于3eV，对λ>410nm的可见光来说，很难产生光电发射，量子效率低；金属材料是否满足良好的光电发射材料的条件？半导体材料是否满足良好的光电发射材料的条件？★光吸收系数比金属大；★体内自由电子少，散射能量变小——故量子效率比金属大；★光发射波长延伸至可见光、近红外波段。★70年代后期，发展了负电子亲和势（NEA）光电阴极，长波可至1.6μm。

(1)使光电阴极发射的光电子尽可能全部会聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散电子散射掉，提高信噪比；(2)使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中有尽可能相等的渡越时间，以保证光电倍增管的快速响应。光电阴极聚焦极3．电子光学系统

倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成，具有使一次电子倍增的能力。因此倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。4．二次发射倍增系统

阳极是采用金属网作的栅网状结构，把它置于靠近最末一级倍增极附近，用来收集最末一级倍增极发射出来的电子。5．阳极光入射窗口光电阴极电子光学输入系统二次发射电子倍增器阳极1、光子透过入射窗入射到光电阴极K上。2、光电阴极的电子受光子激发，离开表面发射到真空中。3、光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极发射出比入射电子数目更多的二次电子。入射电子经N级倍增后，光电子就放大N次。4、经过倍增后的二次电子由阳极a收集起来，形成阳极光电流，在负载RL上产生信号电压。光电倍增管的工作原理

2023/2/3光电倍增管的结构及工作原理1）光窗；2）光电阴极；3）电子光学系统；4）倍增系统；5）阳极㈡、基本特性参数1．光谱响应度

PMT的光谱响应曲线与光电阴极的相同，主要取决于光电阴极材料的性质。2．放大倍数(电流增益)

在一定工作电压下，光电倍增管的阳极电流与阴极电流之比称为管子的放大倍数M或电流增益G。

其中N为倍增电极数目，δ为单个倍增电极的二级发射系数：3.暗电流

它限制了可测直流光通量的最小值，同时也是产生噪声的重要因素，是鉴别管子质量的重要参量。应选取暗电流较小的管子。

4.伏安特性

光电倍增管的伏安特性曲线分为阴极伏安特性曲线与阳极伏安特性曲线。在电路设计时，一般使用阳极伏安特性曲线来进行负载电阻、输出电流、输出电压的计算。

5.频率响应

由于PMT是光电发射型器件，而光电发射的延迟时间≤3×10-13S，所以PMT有很高的频率响应。6.噪声

主要来源是光电阴极、光电发射的随机性和各倍增极二次电子发射的随机性，同时也与背景光或信号光中的直流分量有关。

2023/2/3例5-1：某光电倍增管具有5级倍增系统，倍增系数（二次发射系数）δ=100。如果用λ=488nm，光功率p=10-8w的紫光照射倍增管的光电阴极，假设光电阴极的量子效率为10%，试计算收集阳极处短路电流强度。（h=6.63×1034J·s，e=1.602×10-19C，c=3.0×108m/s）解：光电倍增管实物图

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2023/2/35.4.3 光敏电阻（LDR）光敏电阻是光电导型器件，其工作原理为光电导效应，即半导体受光照后，内部产生光生载流子，半导体中的载流子数显著增加而电阻减少。光敏电阻材料：主要是金属硫化物、硒化物和碲化物，例如：硫化镉（CdS），锑化铟（InSb）等。

2023/2/3光敏电阻工作原理当入射光子使半导体中的电子由价带跃迁到导带时，导带中的电子和价带中的空穴均参与导电，其阻值急剧减小，电导增加。若连接电源和负载电阻，即可输出电信号。入射光

2023/2/3光敏电阻的工作特性光电特性光谱特性伏安特性时间响应和频率特性温度特性

2023/2/3光敏电阻的光电特性在弱光照下，光电流Ip与光照度E具有良好的线性关系。在强光照下，则为非线性关系。

2023/2/3光敏电阻的光谱特性不同波长的光，光敏电阻的灵敏度是不同的。在选用光电器件时必须充分考虑到这种特性。

2023/2/3光敏电阻的伏安特性光敏电阻是一个纯电阻，因此符合欧姆定律，其伏安特性曲线为直线。不同光照度对应不同直线。

2023/2/3光敏电阻的频率特性光敏电阻时间常数比较大，一般为数毫秒到几十毫秒，所以其上限截止频率低。只有PbS(硫化铅)光敏电阻（曲线4）的频率特性稍好些，可工作到几千赫兹。

2023/2/3光敏电阻的温度特性光敏电阻是多数载流子导电，随着温度的升高，光敏电阻的暗电阻和灵敏度都要下降。温度的变化也会影响光谱特性曲线。例如：硫化铅光敏电阻，随着温度的升高光谱响应的峰值将向短波方向移动。尤其是红外探测器要采取制冷措施。几种典型的光敏电阻1,CdS（硫化镉）和CdSe（硒化镉）光敏电阻两种低造价可见光光敏电阻,主要特点是高可靠性和长寿命,广泛应用于自动化技术和摄影机中的光计量.光电增益比较高(103-104),但响应时间比较长.2,PbS（硫化铅）光敏电阻近红外光敏电阻,其波长相应范围在1-3.4um,峰值响应波长为2um,内阻(暗电阻)大约1MΩ,响应时间约为200us,室温工作能提供较大的电压输出.广泛应用于各种遥感技术和各种红外制导技术.

2023/2/3几种典型的光敏电阻3,InSb（锑化铟）光敏电阻良好的近红外光敏电阻,峰值响应波长为5um,与PbS光敏电阻的不同在于:内阻低(50Ω),响应时间短(50nm),适用于快速红外信号探测.4,HgxCd1-xTe光敏电阻这类是化合物本征型光敏电阻,由HgTe（碲化汞）和CdTe（碲化镉）良种材料混在一起得固溶体,相应波长随组分x的不同而线性变化,广泛用于10.6um的CO2激光探测.

2023/2/3几种典型的光敏电阻种类灵敏度(A/lm)响应时间(us)光谱相应范围(um)CdS0.1(单晶)50.0(多晶)103

-1050.3-0.8(常温)CdSe50500-1060.5-0.8(常温)PbS约10-12W时,S=N1001-3(常温)PbSe约10-11W时,S=N1001-5(常温)PbTe约10-12W时,S=N104(常温)InSb约10-11W时,S=N0.45-7(常温)Ge:Hg--30-1000~14(27K)Ge:Au约10-13W时,S=N10~10(77K)HgCdTe--<18-14(77K)PbSbTe--15x10-311-20(77K)Ge约10-13W时,S=N10--注：S=N表示光敏电阻器外接负载中的信号等于内部噪声

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2023/2/3例5-2：照明灯自动控制电路K220V灯常闭CdS基本功能：根据自然光的情况决定是否开灯。基本结构：整流滤波电路；光敏电阻及继电器控制；触电开关执行电路。基本原理：光暗时，光敏电阻阻值很高，继电器关，灯亮；光亮时，光敏电阻阻值降低，继电器工作，灯关。光敏电阻实物图

2023/2/35.4.4 光敏二极管光敏（电）二极管是一种基于光伏效应的半导体光探测器。特点：体积小、灵敏度高、响应速度快。常见的光敏二极管：PN型、PIN型和雪崩型（APD）材料：硅、锗、砷化铟、锑化钢、砷化镓、碲镉汞等材料制作，但目前应用最多的还是硅光电二极管。

2023/2/3光电二极管结构结构：PN结，金属电极，SiO2保护层；

2023/2/3光敏二极管在电路中的符号光敏二极管的结构图PN结

2023/2/3内建电场方向PN结伏安特性零偏状态下，内建电场阻碍载流子的漂移，无净电流通过PN结。（光电池）正向偏置时，有较大的正向电流通过PN结。反向偏置时，没有光照时，PN结中反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。（光电二极管）

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2023/2/3光敏二极管工作原理当光照射到光电二极管的光敏面上时，能量大于或等于带隙能量Eg的光子将激励价带上的电子吸收光子的能量而跃迁到导带上（受激吸收），产生电子-空穴对（称为光生载流子）。电子-空穴对在反向偏置的外电场作用下立即分开并在结区中向两端流动，从而在外电路中形成电流（光电流）。

2023/2/3光敏二极管的工作特性光电特性光谱特性伏安特性温度特性时间响应和频率特性

2023/2/3光敏二极管的光电特性光敏二极管的线性特征较好，饱和阈值高，适用于光度量。

2023/2/3光敏二极管的光谱特性不同材料的光敏二极管，对不同波长光的灵敏度是不同的。光敏二极管的伏安特性在无辐射作用的情况下，PN结光敏二极管的正、反向特性与普通PN结二极管的特性一样。其I-V方程为：

2023/2/3I0为称为反向电流或暗电流。

光敏二极管的伏安特性在光辐射的情况下，PN结光敏二极管上发生光伏效应，产生一个光电流Ip。其大小与入射光强成正比，方向与暗电流方向相同。此时的I-V方程为：

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在光电技术中常通过重新定义电流与电压正方向，把特性曲线旋转成下面右图所示。重新定义的电流与电压的正方向均以PN结内建电场的方向相同的方向为正向。

光敏二极管的温度特性

2023/2/3光电二极管的温度特性主要是指反向饱和电流对温度的依赖性，暗电流对温度的变化非常敏感。光敏二极管的时间响应

2023/2/3光敏二极管产生光电流的响应时间包括三个部分：

1)耗尽区的光生载流子的渡越（漂移）时间τdr

；2)耗尽区外产生的光生载流子向耗尽层运动的扩散时间τp；3)光敏二极管以及与其相关电路的RC时间常数τRC

。光敏二极管的时间响应

2023/2/3总的响应时间：

一般的PN结光电二极管，漂移时间τdr为ns数量级；当负载电阻RL不大时，时间常数τRC也在ns量级；而扩散时间τp很长，约为100ns，是限制PN结光敏二极管时间响应和频率响应的主要因素。光敏二极管的时间响应

2023/2/3提高时间响应→减小扩散时间τp扩展PN结区→PIN光敏二极管增高反向偏置电压→雪崩光敏二极管（APD）PIN光电二极管PIN光电二极管是在掺杂浓度很高的P型、N型半导体之间，加一层轻掺杂的N型材料，称为I（Intrinsic，本征的）层。由于是轻掺杂，电子浓度很低，经扩散后形成一个很宽的耗尽层，如图（a）所示。这样可以提高其响应速度和转换效率。结构示意图如图（b）所示。

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2023/2/3雪崩光敏二极管（APD）利用PN结在高反向电压下（100-200V，接近反向击穿电压），光生载流子在耗尽层内的碰撞电离效应产生的雪崩效应，实现光电流倍增（电流增益达106）。具有灵敏度高，响应速度快的特点。光敏二极管实物图

2023/2/3PIN光敏二极管普通光敏二极管雪崩光敏二极管

2023/2/35.4.5 光电池详见第二章太阳电池各种光电探测器件的性能比较

波长响应范围（nm）输出电流光电特性直线性动态特性受光面积稳定性外形尺寸价格短波峰值长波频率响应上升时间光电管紫外红外小好好0.1μs大良大高光电倍增管紫外红外小最好最好0.1μs大良大最高光敏电阻CdS400640900大差差0.2～1ms大一般中低光敏电阻CdSe3007501220大差差0.2～10ms大一般中低光电池Si4008001200最大好良0.5～100μs最大最好中中光电池Se350550700中好差1ms最大一般中中光电二极管4007501000最小好最好2μs以下小最好最小低光电三极管同上小较好良2～100μs小良小低⑴在动态特性（即频率响应与时间响应）方面，以光电倍增管和光电二极管（尤其是PIN管与APD管）为最好；⑵在光电特性（即线性特性）方面，以光电倍增管、光电二极管和光电池为最好；⑶在灵敏度方面，以光电倍增管、雪崩光电二极管、光敏电阻和光电三极管为最好。各种光电器件的性能比较⑷灵敏度高不一定就是输出电流大，而输出电流大的器件有大面积光电池、光敏电阻、雪崩光电二极管和光电三极管；⑸外加偏置电压最低的是光电二极管、光电三极管，光电池不需外加偏置；⑹在暗电流方面，光电倍增管和光电二极管最小，光电池不加偏置时无暗电流，加反向偏置后暗电流也比光电倍增管和光电二极管大；⑺长期工作的稳定性方面，以光电二极管、光电池为最好，其次是光电倍增管与光电三极管；⑻在光谱响应方面，以光电倍增管和CdSe光敏电阻为最宽，但光电倍增管响应偏紫外方向，而光敏电阻响应偏红外方向。

2023/2/35.3.6 热电器件热敏电阻热释电器件热电偶

2023/2/3热敏电阻热敏电阻：由Mn、Ni、Co、Cu氧化物，或Ge、Si、InSb等半导体材料做成的电阻器，其阻值随温度而变化。

称为热敏电阻的温度系数：

称为正温度系数（PTC）

；

称为负温度系数（NTC）

。

热敏电阻优点和缺点

2023/2/3优点：(a)电阻温度系数大；(b)电阻率大，故可制成极小尺寸的感温元件，适用于快速测量；(c)构造简单，可以根据不同要求制成各种适用的形状；(d)机械性能好，使用寿命长。缺点：复现性和互换性差。与显示仪表配套成测温仪表时几乎全要单独标定刻度。目前使用的热敏电阻其测温上限还不太高，约在300℃以下。

2023/2/3热敏电阻实物图

2023/2/3热释电探测器热释电效应：在晶体中有一种晶体为热电晶体。这种晶体具有自发极化的特性。所谓自发极化就是在自然条件下晶体的某些分子正负电荷中心不重合，形成一个固有的偶极矩。在温度变化时。晶体中离子间的距离和链角发生变比，从而使偶极矩发生变化，也就是自发极化强度和面束缚电荷发生变化，在垂直于极轴的两个端面之间出现极小的电压变化，即产生了热释电效应。简而言之，如果将晶体看作电容的话，温度的变化引起电容器电容的变化。a自然状态b温度变化c等效表示

2023/2/3热释电探测器热释电探测器：利用热释电效应制成的新型热探测器。广泛应用于热辐射和从可见光到红外波段激光的探测，而且在亚毫米波段更受重视，这是因为其他性能较好的亚毫米波段的探测器都要在液氦温度下才能工作。常用热释电材料：硫酸三月甘肽（TGS）、铌酸锶钡（SBN）、钽酸锂（LT）、钛酸铅陶瓷（PT）、钛酸锆酸铅陶瓷（PZT）等。热释电探测器的应用热释电探测器不仅保持了热探测器的共同优点，即室温宽波段工作、而且在很宽的频率和温度范围内具有较高的探测率、能承受较大的辐射功率并具有较小的时间常数等特点，因此得到了广泛应用。例如，利用热释电探测器探测目标本身的热辐射强度，就可得到室温物体本身的热辐射图像，这就是通常所说的热成像。这种热成像系统不易被干扰，可对目标与背景的温度差进行探测，因此，容易发现隐蔽物体，并能在有烟和雾的条件下工作。

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2023/2/3热释电探测器实物图

2023/2/3热电偶热电偶：利用温差电效应制成的热探测器件。两种不同材料组成的热电偶温差电效应：电子由温度高的T端向温度低的T0端扩散，使得T端失去一些电子而带正电荷，T0得到一些电子而带负电荷，两端便有一定的电位差热电偶的应用热电偶具有构造简单、适用温度范围广、使用方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快等特点，常用于高温区域、振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合；但其信号输出灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号和前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。

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2023/2/3热电偶实物图5.4光电探测技术的应用在日常生活的应用数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD

2023/2/3光电探测技术的应用在工业领域的应用汽车传感器：普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…在国防领域的应用夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标

2023/2/3光电探测技术的应用在航天领域的应用在医疗领域的应用数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器电子血压计：血压检测---压力传感器