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光電探測器的基本工作機理有以下三個過程

發布時間:2021-04-27 點擊量:168
  光電探測器在光通信系統中實現將光轉變成電的作用,這主要是基于半導體材料的光生伏效應,所謂的光生伏效應是指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現象。

 

  光電探測器的基本工作機理包括三個過程:
  1、光生載流子在光照下產生;
  2、載流子擴散或漂移形成電流;
  3、光電流在放大電路中放大并轉換為電壓信號。當探測器表面有光照射時,如果材料禁帶寬度小于入射光光子的能量即Eg<hv,則價帶電子可以躍遷到導帶形成光電流。
 
  當光在半導體中傳輸時,光波的能量隨著傳播會逐漸衰減,其原因是光子在半導體中產生了吸收。半導體對光子的吸收最主要的吸收為本征吸收,本征吸收分為直接躍遷和間接躍遷。通過測試半導體的本征吸收光譜除了可以得到半導體的禁帶寬度等信息外,還可以用來分辨直接帶隙半導體和間接帶隙半導體。本征吸收導致材料的吸收系數通常比較高,由于半導體的能帶結構所以半導體具有連續的吸收譜。從吸收譜可以看出,當本征吸收開始時,半導體的吸收譜有一明顯的吸收邊。但是對于硅材料,由于其是間接帶隙材料,與三五族材料相比躍遷幾率較低,因而只有非常小的吸收系數,同時導致在相同能量的光子照射下在硅材料中的光的吸收深度更大。直接帶隙材料的吸收邊比間接帶隙材料陡峭很多,如圖 畫出了幾種常用半導體材料的入射光波長和光吸收系數、滲透深度的關系。
 
  光電探測器的性能:
  1、響應度:響應度為輸入單位光功率信號是探測所產生的輸出,有時又稱為響應率或靈敏度。此外探測器的頻率響應特性也是非常重要的參數之一。
  2、可探測性:可探測性表征的是探測器從噪聲中挖掘有用信息的本領。描述這個參數的量包括等效噪聲功率、探測率、暗電流等。
  3、光譜效應:光譜響應是表征光電探測器的響應度或探測率隨波長而變化的性能參數。設波長可變的光功率譜密度為Pλ,由于光電探測器的光譜選擇性,在其他條件不變的情況下,光電流將是光波長的函數。記為iλ,于是光譜靈敏度Rλ。
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