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发布于 2019年07月19日
[摘要]在光电系统中，光电探测器扮演了非常重要的作用。它就好比光电系统的“眼睛”，对外来的光信号进行测量，并转换为电信号用于后续的信号处理。本片笔记中，笔者调研了一些常用的光电探测器，及其工作原理和性能。
在光电系统中，扮演了非常重要的作用。它就好比光电系统的“眼睛”，对外来的光信号进行测量，并转换为电信号用于后续的信号处理。本片笔记中，笔者调研了一些常用的光电探测器，及其工作原理和性能。
光信号转换为电信号主要基于材料的光电效应，爱因斯坦因为利用光量子理论成功解释了光电效应而获得了1921年的诺贝尔物理学奖。广义上说，因为光的入射导致材料的电学效应发生变化的这一类现象，都是光电效应。这主要包括材料因为光入射而发射电子、材料的电导率因为光入射而发生变化、材料因为光入射而产生电动势的变化等。
顾名思义，它的大小表示器件光电转换的效率，定义为输出光电流与输入光功率之比。数值越大，表示转换效率越高，具体的公式如下，
其中eta表示量子效率，由此公式可以简单算出响应度的理论最大值。
与响应度经常混淆的一个物理量是灵敏度（sensitivity）, 它表示的是探测器所能探测到的最小光信号。
2) 暗电流（dark current）
它表示探测器在不接受光辐照时的电流大小，它主要电子的无规则热运动引起。通常只能靠温度降低来抑制电子的热运动，从而降低暗电流。
3) 响应时间（Response time）
它主要表征探测器对受调制光信号的响应能力，也就是探测器的频率响应。光信号到来时，探测器不是立马就感知到光信号，而是有一个滞后过程，对应输出电流或电压曲线的上升时间。这个滞后的时间，就是响应时间。
响应时间越短，单位时间能探测到光脉冲的数目越多，探测器的带宽越大。响应时间和探测器的RC参数、材料的吸收系数有关。需要注意的是，这里的带宽不要与探测器工作波长的带宽相混淆。
光电探测器还有一些其他参数，比如工作波长、工作温度、灵敏度、线性度等，是专业做探测器的，欢迎大家咨询。
光信号转换为电信号主要基于材料的光电效应，爱因斯坦因为利用光量子理论成功解释了光电效应而获得了1921年的诺贝尔物理学奖。广义上说，因为光的入射导致材料的电学效应发生变化的这一类现象，都是光电效应。这主要包括材料因为光入射而发射电子、材料的电导率因为光入射而发生变化、材料因为光入射而产生电动势的变化等。
既然光电就是把光信号转换为电信号，很自然地就会有一些参数才表征这个转换过程。常用的特征参数有：
顾名思义，它的大小表示器件光电转换的效率，定义为输出光电流与输入光功率之比。数值越大，表示转换效率越高，具体的公式如下，
其中eta表示量子效率，由此公式可以简单算出响应度的理论最大值。
与响应度经常混淆的一个物理量是灵敏度（sensitivity）, 它表示的是探测器所能探测到的最小光信号。
2) 暗电流（dark current）
它表示探测器在不接受光辐照时的电流大小，它主要电子的无规则热运动引起。通常只能靠温度降低来抑制电子的热运动，从而降低暗电流。
3) 响应时间（Response time）
它主要表征探测器对受调制光信号的响应能力，也就是探测器的频率响应。光信号到来时，探测器不是立马就感知到光信号，而是有一个滞后过程，对应输出电流或电压曲线的上升时间。这个滞后的时间，就是响应时间。
响应时间越短，单位时间能探测到光脉冲的数目越多，探测器的带宽越大。响应时间和探测器的RC参数、材料的吸收系数有关。需要注意的是，这里的带宽不要与探测器工作波长的带宽相混淆。
光电探测器还有一些其他参数，比如工作波长、工作温度、灵敏度、线性度等，是专业做探测器的，欢迎大家咨询。