光电探测器微弱信号检测系统设计文献综述
2020-04-16 15:17:06
近几十年来,在研究宏观和微观世界的过程中,科学家不断研究如何把淹没在噪声中的大量有价值信息检测出来的理论和方法,通过不断地系统化、完整化,从而形成了一门新的微弱信号检测技术[1]。
其中,微弱光信号检测技术是弱信号检测技术最重要的一个分支,在工农业生产、医学研究、空间技术研究各领域都有广泛运用。
光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴的检测技术,它主要利用电子技术对光学信号进行检测[2],并进一步传递、储存、控制、计算和显示.光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量[3],它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息,然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量[4],并进一步经过电路放大、处理,以达到电信号输出的目的[5-6] 一.光电转换 光电转换是光电检测的核心部分,该部分将携带信息的被测光信号转换成电信号,光电转换部分决定了整个微弱光检测系统测量的精度、灵敏度和动态响应范围。
光电转换的主要部件为光电探测器,由于制作工艺等的发展其光电转换效率相比之前有了较大的提高。
目前常用的光电探测器有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管、半导体光电管、光电倍增管和真空光电管、电荷耦合器件[7]等 外光电效应多发生在金属和金属氧化物上,光电管和光电倍增管的制作主要是利用了外光电效应;内光电效应多发生在半导体上。
光敏电阻、光导管、光电池、光电二极管的制成主要是利用了内光电效应。
#61557; PN 光电二极管 光电二极管本质上是一个 PN 结,与普通二极管不同的是光电二极管是把光信号转换为电信号的半导体器件[8] 光照下光电二极管理想的伏安特性可以写为: #61557; PIN 光电二极管[9-11] PIN 光电二极管是在 PN 结中间增加了一个本征层,扩大了耗尽层,减小扩散运动的影响,如图所示。
由于掺杂浓度低,本征层较厚,绝大部分入射光在本征层被吸收,产生电子-空穴对,使结电容减小。
大大提高了响应速度、光谱范围和频率响应。
#61557;光电倍增管[12] 光电倍增管是在光电子发射效应、二次电子发射和电子光学理论技术基础上,把微弱入射光信号转换成光电子并获得倍增的一种是真空电子器件。