光电子技术基础与应用 第六章 光电探测技术 第十一、十二讲

1. 物理与微电子科学学院 光电子技术基础与应用 第六章 光电探测技术 第十一、十二讲 School of Physics and Microelectronics Science 2013 年 04 月

2. 第十一讲 1 5 光调制技术—光信息系统的信号加载与控制（回顾第十讲内容） 绪　　论　 5.1 5.2 5.5 5.3 5.4 磁光调制 晶体光学基础 电光调制 光在晶体中的传播 声光调制

3. 平均折射率 距离 Vs x (a) 超声行波 (b) 超声驻波 图 5-14 介质中的声波场 5.4.1 弹光效应 5.4.2声光衍射 5.4.3 声光器件 • 声波应变场改变某些类型晶体折射率， • 声波周期性，引起折射率周期变化，产生类似光栅光学结构，对入射光波调制， • 调制——声光调制。 压光效应 声光效应 Bij逆介电张量 Pijkl压光系数张量，Skl应变张量， 双折射率取决P11, P12差，声场改变引起光学性能改变。 行波声场 驻波场 • 隔Ts/2，折射率在波腹变化一次，波节不变——波通过介质得到调制光频率为超声波频率2倍。

4. 声光效应形式： 声波传播方向 2级 声波传播方向 透射波 透射波 反射波 入射波 入射波 1级 衍射波 入射波 声波传播方向 0级 1级 2级 拉曼 — 奈斯声光衍射 布拉格方式（反射） 布拉格方式（透射） 声波传播方向 入射波 衍射波 Bragg布拉格声光衍射效应 聚焦 拉曼 － 纳斯方式 布拉格方式（聚焦） 5.4.1 弹光效应 5.4.2声光衍射 5.4.3 声光器件 • 声光衍射的定性描述 • 声波在介质中传播可分为行波与驻波两种形式 • 拉曼－奈斯衍射 • 声光布喇格衍射 声频越高，n越大（n场振幅） 衍射极值方向合成光波场强： • k0n0sinm－mK＝0，E取极大值。 • m取不同值，不同角方向衍射光取极大值。一定、，仅某些角满足： • 各级衍射光强关于零级极值对称分布： • 衍射光产生多普勒频移：

5. 声波传播方向 2级 声波传播方向 拉曼 － 纳斯方式 透射波 布拉格方式（透射） 入射波 入射波 1级 衍射波 0级 1级 一级衍射效率 2级 线性调制指数 图5-19拉曼–奈斯声光调制器图 图5-19拉曼–布拉格声光调制器 5.4.1 弹光效应 5.4.2 声光衍射 5.4.3 声光器件 声光调制器 声光偏转器 (1) 拉曼－奈斯型声光调制器 (2) 布喇格型声光调制器 衍射效率 （声强度）

6. 声波传播方向 透射波 布拉格方式（透射） 入射波 衍射波 5.4.1 弹光效应 5.4.2 声光衍射 5.4.3 声光器件 声光调制器 声光偏转器 满足布喇格衍射：衍射光与入射光束间夹角： 求微分得 • 光束偏转角d与声频变化d成正比； • 改变声频可改变光束方向。

7. 图5-22线性磁光调制器结构示意图 5.5.1法拉第效应 5.5.2 旋光现象 5.5.2 天然旋光效应与磁光效应的本质区别 • 法拉第效应： • 法拉第1845年发现：一束平面偏振光通过磁场作用下某些物质，偏振面受到∝外加磁场//传播方向分量作用发生偏转—法拉第效应。 磁光效应：不具备旋光现象晶体在磁场作用下产生旋光现象。 天然旋光效应：线偏振光沿光轴方向通过天然介质，偏振面旋转现象，也称旋光现象。 偏转角： 旋光效应：光通过某些等轴或沿光轴通过单轴晶体，线偏振光仍发生偏转现象。 偏转 相位差 • 磁致旋光方向与磁场方向有关，与光传播方向无关，光往返通过法拉第旋光物质时，偏转角度↑一倍； • 旋转角

8. 光电子技术 光源 ? 传输 调制 显示 探测 成像

9. 按信息传递的各个环节划分　　　　 对应相应技术器件

10. 讲授内容 11 6 3 光电探测技术（十一、十二讲） 激光原理与技术（三、四、五讲） 连续可调太赫兹超常材料宽带低损超吸收器（二十四讲） 第十一讲 1 绪　　论（一讲） 　 2 光学基础知识与光场传播规律（二讲） 4 光波导技术基础（六、七讲） 5 光调制技术—光信息系统的信号加载与控制（八、九、十讲） 7 光电显示技术（十三、十四、十五讲） 光通信无源器件技术（十六、十七、十八、十九讲） 8 9 光盘与光存储技术（二十、二十一、二十二讲） 10 表面等离子体共振现象与应用的探究（二十三讲）

11. 6 光电探测技术 6.2 6.3 6.4 6.1 光探测器性能参数 光电探测方式 光电探测的物理效应 光电探测器

12. 光调制： • 改变光波（电磁波）振幅、强度、相位、频率或偏振参数，使传播光波携带信息过程； • 光电探测技术基础： • 光电探测技术：把被调制光信号转换成电信号并将信息提出技术； • 光 探 测 过 程：光频解调； • 光 探 测 器：将光辐射能量转换成便于测量物理量器件。

13. 光电探测技术发展历史： • 1873年，英国Smith和May在大西洋横断海底电信局实验发现，光照射到用作电阻Se棒，R改变30%； • 同年Simens将Pt绕在Se棒，制成第一个光电池； • 1888年，德国Hallwachs作Hertz电磁波实验，发现光照射到金属表面引起电子发射； • 1909年，Richtmeyer发现，封入真空中Na光电阴极发射电子总数∝照射光子数，奠定光电管基础； • 美国Zworkyn研制各种光电阴极材料，造光电倍增管，1933年发明光电摄像管； • 1950年，美国Weimer研制光导摄像管； • 1970年Boyle发明CCD（电荷耦合器件）。 • 今激光发展促进光电探测，光电探测器件工业化、商品化，摄像机微型化。 • 激光提供巨大带宽与信息容量，光电探测技术在信息光电子技术重要意义。

14. 量子效率  • 响应度 R • 灵敏度 S • 光谱响应 • 噪声等效功率 NEP • 探测度 D • 频率响应 R(f) • 表征光探测器性能： • 量子效率，响应度R，灵敏度S，噪声等效功率NEP，探测度D， 光谱响应和频率响应R(f)。 • 量子效率—量子产额： 每个入射光子释放平均电子数。 与入射光子能量（入射光）有关。 • 内光电效应与材料内电子扩散长度有关； • 外光电效应与光电材料表面逸出功有关。 • 表达式： P入射到探测器光功率 Ic入射光产生平均光电流 P/h单位t入射光子平均数 Ic/e单位t产生光电子平均数 e电子电荷 • 理想光探测器=1，实际<1. • 光电倍增管、雪崩光电二极管有内部增益光探测器，可>1.

15. 量子效率  • 响应度 R • 灵敏度 S • 光谱响应 • 噪声等效功率 NEP • 探测度 D • 频率响应 R(f) • 响应度R，探测器输出信号电压Vs与输入光功率P比： • 单位V/W.

16. 量子效率  • 响应度 R • 灵敏度 S • 光谱响应 • 噪声等效功率 NEP • 探测度 D • 频率响应 R(f) • 灵敏度S，探测器输出信号电流Is与输入光功率P比： • 响应度R和灵敏度S描述探测器输出电信号与输入光功率关系，是函数；

17. 图6-1光电探测器与热电探测器的光谱响应曲线 • 量子效率  • 响应度 R • 灵敏度 S • 光谱响应 • 噪声等效功率 NEP • 探测度 D • 频率响应 R(f) • 光谱响应，表征R(S)随变化特性。 • 光探测器基于光电效应，存在最低0，入射光 >0才有响应信号输出， 存在探测极限c， • <c，探测器对某()光响应与探测器对该光子吸收速率、单位t入射光子数密度成正比； • <c，响应随↑线性↑。 • >c，光谱响应曲线迅速↓到0。 • 光谱响应另一重要参量——响应峰值——相对光谱响应曲线对应最高响应率辐射。

18. 量子效率  • 响应度 R • 灵敏度 S • 光谱响应 • 噪声等效功率 NEP • 探测度 D • 频率响应 R(f) • 噪声等效功率NEP，相应于单位信噪比入射光功率，表征探测器探测能力，定义： Vs探测器输出信号V Vn探测器噪声V • NEP越小，探测能力越强。 • NEP另一表达式： • 噪声频谱很宽，为↓噪声影响，将探测器后面放大器做成窄带通，中心选调制。信号不受损失噪声可被滤去，NEP↓，NEP定义： • f放大器带宽。

19. 量子效率  • 响应度 R • 灵敏度 S • 光谱响应 • 噪声等效功率 NEP • 探测度 D • 频率响应 R(f) • 探测度D，NEP倒数，单位入射功率相应信噪比。 • 归一化探测度D*比D更体现探测器性能。 • D*单位探测器面积、单位带宽探测度，定义： • Ad探测器面积，f 放大器带宽。 • D*和NEP都是函数，噪声和信号调制有关，D*是调制函数。

20. 响应度 响度响应度 图6-2光探测器频率响应曲线 • 量子效率  • 响应度 R • 灵敏度 S • 光谱响应 • 噪声等效功率 NEP • 探测度 D • 频率响应 R(f) • 频率响应R(f)，描述光探测器响应度在入射光不变，随入射光调制变化特性参数。 • 光探测器对加在光载波上电调制信号响应能力反应； • 表征光探测器特性参数。

21. 量子效率  • 响应度 R • 灵敏度 S • 光谱响应 • 噪声等效功率 NEP • 探测度 D • 频率响应 R(f) • 除以上参数，有： • 暗 电 流 I：没有信号和背景辐射时通过探测器I； • 工作温度T：非冷却型探测器环境T； 冷却型探测器冷却源标称T； • 响应时间t：探测器将入射辐射转变为信号V或I弛豫t； • 光敏 面积：灵敏元几何面积。

22. 6 光电探测技术 6.2 6.3 6.4 6.1 光探测器性能参数 光电探测方式 光电探测的物理效应 光电探测器

23. 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析 • 光探测器光吸收过程由光量子作用产生，量子作用由检测系统读取大小，输出由光量子吸收率决定，不由光量子能量决定； • 工作原理：单位t探测器输出电信号∝光生载流子数； 单位t光生载流子数，载流子跃迁速率，∝总入射光场振幅平方： 入射缓变场 与 合成： 于是：

24. 图6-3直接探测系统 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析 单位t光生载流子数、载流子跃迁速率 (1)——直接探测，探测器输出电信号∝光生载流子跃迁速率，光生载流子跃迁速率又∝ （入射光功率），探测器输出I是入射光功率线性函数，图： 把被调制光信号转换成电信号并将信息提出技术 • 优点： 能检测光强及光强变化，非相干辐射唯一探测方法； • 缺点： 对相干辐射进行直接探测简单、方便、室温运转， 但不能反映光载波频率及相位变化； 探测灵敏度低，信噪比差。

25. 图6-4外差探测系统 外差探测系统 图6-3直接探测系统 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析 (2)，跃迁几率中除两入射光功率数量和 常数项外， 包含以=2-1振荡、相位=2-1分量E1E2cos(t+)； 单位t光生载流子数、载流子跃迁速率 反映入射相干光载波 及相位变化，对应外差探测方式——相干探测，图： • 优点：外差探测消除背景噪声和暗I影响，↑探测灵敏度，达理想量子极限， 可探测光强调制信号，用于 或相位调制波探测； • 缺点：系统复杂，对信号光与本振光要求高，技术困难，成本高。 • 激光高度相干性、单色性和方向性，光频外差探测成为现实。 • 光电探测器除有解调光功率包络变化功能外，只要光谱响应匹配，可实现外差探测。

26. 直接探测方式性能分析 外差探测方式性能分析 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析 目的：求功率信噪比SNR=Pc/Ps 单位t光生载流子数、载流子跃迁率 • 直接探测调制信号频率m，光信号频率s，调制光信号es(t)： • 光电探测器响应t远>光 化周期，光电转换过程是光场变化t 积分响应： • 入射到探测器上平均光功率： 量子效率 • 入射光在有内增益G探测器光敏面上输出平均电功率：

27. 直接探测方式性能分析 外差探测方式性能分析 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析 入射光在有内增益G探测器光敏面上输出平均电功率： 量子效率 直接探测，入射光产生光I： 常数项直流部分=0 直接探测：只响应光功率时变信息，不考虑直流部分：

28. 直接探测方式性能分析 外差探测方式性能分析 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析 直接探测，入射光产生光I：  响应 对应光探测器 响应，不是光谱响应， 太高，光电探测器不能响应，考虑自增益，直接探测光探测器实际输出I： 功率信噪比： Ps：入射到探测器平均光功率 Pc：有内增益G探测器光敏面输出平均电功率 G光探测器内增益； ib背景光I； id光电阴极暗I； Pns, Pnb, Pnd, PnT光电倍增管信号光噪声功率·、背景光噪声功率、暗I产生噪声功率和热噪声功率；

29. 直接探测方式性能分析 外差探测方式性能分析 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析 Pns信号光噪声功率, Pnb背景光噪声功率, Pnd暗I产生噪声功率和PnT热噪声功率 光电倍增管： ， ， ， 信噪比： 光电二极管： ， ， ， G=1，信噪比： 推得，只存在光信号噪声，不考虑其他噪声信号极限噪声： 见下页推导！

30. 直接探测方式性能分析 外差探测方式性能分析 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析

31. 直接探测方式性能分析 外差探测方式性能分析 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析 • 光频外差探测同无线电波外差接收原理，有两束满足相干条件光束。 • 光外差探测系统光电探测器起光学混频器作用，它响应信号光与本振光差频分量，输出中频光I。 • 探测量利用信号光和本振光在光电探测器光敏面干涉得出，外差探测称相干探测。 • 光外差探测中光电转换不是检波，是“转换”过程，被测信号E1cos1t与第二个光场，本地振荡场E2cos(1+)t混频，产生频移(<<1)， 把以1为载频光频信息转换到以为载频中频I上。转换是本地振荡光波作用，使光外差探测天然地有转换增益G。 • 直接探测为基准描述：

32. 直接探测方式性能分析 外差探测方式性能分析 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析 直接探测为基准描述转换增益： 式中， 信号光功率， 本振光功率，P探测器输出电功率， 中频光功率： 入射到光电阴极总电场： 量子效率

33. 直接探测方式性能分析 外差探测方式性能分析 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析 外差探测，入射光产生光I： 量子效率 推得 这两项直流部分 不考虑直流部分： 直接探测为基准描述转换增益 噪声等效功率 Ps：入射到探测器平均光功率；Pc：有内增益G探测器光敏面输出平均电功率 • 外差探测中，本振散粒噪声远>热噪声及其他散粒噪声，推得外差探测极限灵敏度： 直接探测极限灵敏度 • NEP光外差探测量子极限（噪声等效功率）。 • 比较外差与直接探测极限灵敏度：二者形式相似。外差探测远<直接探测值，外差探测极限灵敏度远>直接探测极限灵敏度。 • 原因：外差探测中高质量本振光束给信号光束提供了转换增益，还清除探测器内部噪声。 灵敏度S

34. 6 光电探测技术 6.2 6.3 6.4 6.1 光探测器性能参数 光电探测方式 光电探测的物理效应 光电探测器

35. 光电探测物理效应三大类： • 光电效应、 • 光热效应和 • 波相互作用效应， • 光电效应最广泛。

36. （1）光电效应：入射光光子与物质中电子相互作用产生载流子效应。 • 光电效应光子效应：单个光子性质对产生光电子直接作用一类光电效应。 • 根据效应发生部位和性质，分：外光电效应和内光电效应。 • 外光电效应：物质表面光电转换，包括 • 光阴极直接向外放出电子，例：物质表面光电发射； • 内光电效应：物质内部光电转换，半导体内部载流子产生，包括： • 光电导效应与 • 光伏效应。 • 光电效应探测器吸收光子，引起原子或分子内部电子状态改变， 光子能量大小影响内部电子状态改变大小， • 探测器受限制，存在“红限”——截止波长c： • c真空光速， • E：外光电效应为表面逸出功； 内光电效应为半导体禁带宽度。

37. （2）光热效应：物体吸收光，引起T升高↑效应。 • 探测器件吸收光辐射能量，不直接引起内部电子状态变，吸收光能变为晶格热运动能，引起探测元件T↑，使探测元件电学或其他物理性质变化现象。 • 探测体用Pt, Ni, Au金属和热敏电阻、热释电器件、超导体。 • 光热效应对光波没有选择性，材料在红外波段热效应更强， • 光热效应用：对红外辐射、特别长红外线测量，多激光功率计用该种探测器； • 温升是热积累作用， • 特点： • 光热效应速度慢，易受环境T变化影响。 （3）波相互作用效应：激光与敏感材料相互作用过程产生参量效应， • 包括：非线性光学效应和 超导量子效应。

38. 6.3.1 外光电效应—光电发射效应 6.3.2 内光电效应 6.3.3 光热效应 • 外光电效应：物质表面光电转换，包括： • 光阴极直接向外部放出电子。 • 金属或半导体受光照，入射光子能量h足够大，它和物质中电子相互作用， 使电子从材料表面逸出——光电发射效应——外光电效应。 • 能产生光电发射效应物体——光电发射体， 光电管——光阴极。 • 光电发射效应是真空光电器件中光电阴极物理基础， • 基本定律：

39. 6.3.1 外光电效应—光电发射效应 6.3.2 内光电效应 6.3.3 光热效应 光电效应第一定律—斯托列托夫定律 光电发射第二定律—爱因斯坦定律 • 照射到光电阴极上入射光 或频谱成分不变，饱和光I（单位t 发射光电子数）与入射光强度成正比： 灵敏度S，探测器输出信号电流Is与输入光功率P比 ic光电流； I入射光强； S该阴极对入射光线灵敏度； 饱和光电流定律： 量子效率 P(t) t时刻入射到探测器上光功率； 探测器量子效率； 称——光电转换定律。

40. 6.3.1 外光电效应—光电发射效应 6.3.2 内光电效应 6.3.3 光热效应 光电效应第一定律—斯托列托夫定律 光电发射第二定律—爱因斯坦定律 • 发射体内电子吸收光子能量>发射体表面逸出功，电子以一定速度从发射体表面发射， • 光电子离开发射体表面初动能随入射光 线性↑，与入射光强度无关， 光电子初动能，m电子质量，v电子离开发射体表面速度，h 入射光子能量，E逸出功（从表面逸所需最低能量）——功函数； 表明，入射光子须有足够能量，至少=逸出功，才发生光发射； 外光电效应发生条件： 截止：

41. 6.3.1 外光电效应—光电发射效应 6.3.2 内光电效应 6.3.3 光热效应 光电效应第一定律—斯托列托夫定律 光电发射第二定律—爱因斯坦定律 截止 • 入射光>c，无论光强多大、照射t多长，都没有光电子发射。 • 光电发射三个过程： • 光射入物体，物体中电子吸收光子能量，从基态跃迁到激发态； • 受激电子从受激处出发，向表面运动，同其它电子或晶格碰撞失去能量； • 到达表面电子克服表面势垒对其束缚，逸出形成光电子。 • 光电发射对阴极材料要求： • 对光吸收大，以便体内有较多电子受激发射； • 电子受激发生在表面附近，使碰撞损失尽量小； • 材料逸出功小（从表面逸出需最低能量），使到达表面电子易逸出； • 电导率好，能通过外电源补充光电发射失去电子。

42. 金属的光电发射 半导体光电发射 6.3.1 外光电效应—光电发射效应 6.3.2 内光电效应 6.3.3 光热效应 光电效应第一定律—斯托列托夫定律 光电发射第二定律—爱因斯坦定律 • 金属反射掉大部分入射可见光（反射系数>90%），吸收效率低，光电子与金属中大量自由电子碰撞，能量损失大， • 表面附近（几nm内）光电子才可能克服逸出功(>3eV)发出光电子； • 能量<3eV可见光难产生光电发射； • 仅铯(Cs)（逸出功2eV）对可见光灵敏，可用于可见光电极， 量子效率低(<0.1%)，光电发射前两阶段（从基态跃迁到激发态、 受激电子从受激处出发向表面运动）能量损耗极大。

43. 金属的光电发射 半导体光电发射 6.3.1 外光电效应—光电发射效应 6.3.2 内光电效应 6.3.3 光热效应 光电效应第一定律—斯托列托夫定律 光电发射第二定律—爱因斯坦定律 • 半导体光电发射光电逸出参量（金属仅逸出功）： 1）电子亲和势： 导带底电子向真空逸出需最低能量=真空能级（真空中静止电子能量）与导带底能级差； • 表面亲和势和体内亲和势： • 表面亲和势：材料参量，与掺杂、表面能带弯曲无关； • 体内亲和势：不是材料参量，随表面能带弯曲变化。 2）电子逸出功： 描述材料表面对电子束缚强弱物理量=电子逸出表面需最低能量，光电发射能量阈值。 • 金属：有大量自由电子，没有禁带： • EF以下电子填满， • EF费米能级以上空态，表面能受内外电场影响很小，EF只决定于材料， • 金属逸出功定义：T=0K真空能级与EF差，是材料参量，为电子发射能量阈值。

44. 金属的光电发射 半导体光电发射 6.3.1 外光电效应—光电发射效应 6.3.2 内光电效应 6.3.3 光热效应 光电效应第一定律—斯托列托夫定律 光电发射第二定律—爱因斯坦定律 • 半导体：自由电子少，有禁带，EF在禁带中，随掺杂和内外场变化， 真空能级与EF差不是材料参量。 • 半导体逸出功定义：T=0K真空能级与电子发射中心能级差， • 电子发射中心能级有的是价带顶，有的是导带底，不管逸出功从何算起，都含亲和势， • 半导体少用逸出功，用亲和势判别光电子发射难易， • 光电发射能量阈值用：亲和势加禁带宽度计算。 • n型半导体：能带向上弯曲，体内电子亲和势比能带不弯曲时↑势垒高度eUs，逸出功↑，体内光电子发射更困难； • p型半导体：能带向下弯曲，逸出功↓，利于体内光电子发射。 • 实用光电阴极用p型半导体作衬底，上面涂带正电金属或n型半导体材料。 • 进一步↓能带弯曲可使光电子发射来自体内，量子效率↑； • 用费米能级靠近价带强p型半导体使热电子发射导致暗I 较小。

45. 第十二讲 6 光电探测技术（回顾第十一讲内容） 6.2 6.3 6.4 6.1 光探测器性能参数 光电探测方式 光电探测的物理效应 光电探测器

46. 图6-1光电探测器与热电探测器的光谱响应曲线 图 6-2 光探测器频率响应曲线 • 量子效率  • 响应度 R • 灵敏度 S • 光谱响应 • 噪声等效功率 NEP • 探测度 D • 频率响应 R(f) 量子效率  响应度 R 灵敏度 S 光谱响应 P入射到探测器光功率 Ic入射光产生平均光I P/h单位t入射光子平均数 Ic/e单位t产生光电子平均数 e电子电荷 探测器输出信号Vs 输入光功率P 探测器输出信号Is 输入光功率P 噪声等效功率 NEP 探测度 D 频率响应 R(f) Vs探测器输出信号V Vn探测器噪声V

47. 工作原理：单位t探测器输出电信号∝光生载流子数；单位t光生载流子数，载流子跃迁速率，∝总入射光场振幅平方： 直接探测与外差探测 外差探测系统 两种探测方式性能分析 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析

48. 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析 直接探测方式性能分析 外差探测方式性能分析 • 直接探测调制信号频率m，光信号频率s，调制光信号es(t)： • 光电探测器响应t远>光化周期，光电转换过程是光场变化t积分响应： • 入射到探测器上平均光功率： • 入射光在有内增益G探测器光敏面上输出平均电功率： 功率信噪比： 光电倍增管： 信噪比： 噪声等效功率 NEP 光电二极管： G=1，信噪比：

49. 6.2.1 直接探测与外差探测 6.2.2 两种探测方式性能分析 直接探测方式性能分析 外差探测方式性能分析 外差探测，入射光产生光I： 推得 这两项直流部分 不考虑直流部分： • 外差探测中，本振散粒噪声远>热噪声及其他散粒噪声，推得外差探测极限灵敏度： 直接探测极限灵敏度 • NEP光外差探测量子极限（噪声等效功率）。 • 比较外差与直接探测极限灵敏度得：二者形式相似。外差探测中远<直接探测中值，外差探测极限灵敏度远>直接探测极限灵敏度。 • 原因：外差探测中高质量本振光束给信号光束提供了转换增益，清除探测器内部噪声。 灵敏度S

50. 6.3.1 外光电效应—光电发射效应 6.3.2 内光电效应 6.3.3 光热效应 光电效应第一定律—斯托列托夫定律 光电发射第二定律—爱因斯坦定律 (1) 光电效应：入射光光子与物质中电子相互作用产生载流子效应。 (2) 光热效应：物体吸收光，引起T升高↑效应。 (3) 波相互作用效应：激光与敏感材料相互作用过程产生参量效应， • 照射到光电阴极上入射光或频谱成分不变，饱和光I（单位t发射光电子数）与入射光强度成正比： ——光电效应第一定律—斯托列托夫定律 • 发射体内电子吸收光子能量>发射体表面逸出功，电子以一定速度从发射体表面发射， • 光电子离开发射体表面初动能随入射光线性↑，与入射光强度无关——爱因斯坦定律 • 金属反射掉大部分入射可见光（反射系数>90%），吸收效率低，光电子与金属中大量自由电子碰撞，能量损失大，表面附近（几nm内）光电子才可能克服逸出功(>3eV)发出光电子； • 半导体光电发射光电逸出参量（金属仅逸出功）： 1）电子亲和势：导带底电子向真空逸出需最低能量=真空能级（真空中静止电子能量）与导带底能级差； 2）电子逸出功：描述表面对电子束缚强弱物理量=电子逸出表面需最低能量，光电发射能量阈值