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      光电探测器的基本工作机理有以下三个过程

      发布时间:2021-04-27 点击量:84
        光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用,这主要是基于半导体材料的光生伏效应,所谓的光生伏效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。

       

        光电探测器的基本工作机理包括三个过程:
        1、光生载流子在光照下产生;
        2、载流子扩散或漂移形成电流;
        3、光电流在放大电路中放大并转换为电压信号。当探测器表面有光照射时,如果材料禁带宽度小于入射光光子的能量即Eg<hv,则价带电子可以跃迁到导带形成光电流。
       
        当光在半导体中传输时,光波的能量随着传播会逐渐衰减,其原因是光子在半导体中产生了吸收。半导体对光子的吸收最主要的吸收为本征吸收,本征吸收分为直接跃迁和间接跃迁。通过测试半导体的本征吸收光谱除了可以得到半导体的禁带宽度等信息外,还可以用来分辨直接带隙半导体和间接带隙半导体。本征吸收导致材料的吸收系数通常比较高,由于半导体的能带结构所以半导体具有连续的吸收谱。从吸收谱可以看出,当本征吸收开始时,半导体的吸收谱有一明显的吸收边。但是对于硅材料,由于其是间接带隙材料,与三五族材料相比跃迁几率较低,因而只有非常小的吸收系数,同时导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。直接带隙材料的吸收边比间接带隙材料陡峭很多,如图 画出了几种常用半导体材料的入射光波长和光吸收系数、渗透深度的关系。
       
        光电探测器的性能:
        1、响应度:响应度为输入单位光功率信号是探测所产生的输出,有时又称为响应率或灵敏度。此外探测器的频率响应特性也是非常重要的参数之一。
        2、可探测性:可探测性表征的是探测器从噪声中挖掘有用信息的本领。描述这个参数的量包括等效噪声功率、探测率、暗电流等。
        3、光谱效应:光谱响应是表征光电探测器的响应度或探测率随波长而变化的性能参数。设波长可变的光功率谱密度为Pλ,由于光电探测器的光谱选择性,在其他条件不变的情况下,光电流将是光波长的函数。记为iλ,于是光谱灵敏度Rλ。
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