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光电探测器 Laser Laser 夜色降临，海面上有一无形的，视而不见，触而不觉的哨兵--红外激光探测器监视着海面，当有不速之客到来，光线挡断，光电探测器探测不到激光而进行声光报警。
光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。 （1）如何衡量一个光电探测器的质量好坏？ （2）选择一个好的光电探测器需要注意哪些关键指标？ 光电倍增管
光电倍增管 4.2 光电探测器的性能参数
一、积分灵敏度R 灵敏度也常称作响应度，是光电探测器光电转换特性，光电转换的光谱特性以及频率特性的量度。 光电流i(或光电压u)和入射光功率P之间的关系i＝f (P)，称为探测器的光电特性。 灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即 (线性区内) (安/瓦) 有些教材采用微安/流明 (线性区内) (伏/瓦) R i和R u分别称为积分电流和积分电压灵敏度，i和u称为电表测量的电流、电压有效值。 光功率P是指分布在某一光谱范围内的总功率。
二、光谱灵敏度Rλ 光功率谱密度Pλ由于光电探测器的光谱选择性，在其它条件下不变的情况下，光电流将是光波长的函数，记为iλ，于是光谱灵敏度Rλ定义为 Rλ是常数时，相应探测器称为无选择性探测器(如光热探测器)，光子探测器则是选择性探测器。 通常给出的是相对光谱灵敏度Sλ定义为 Rλm是指Rλ的最大值，Sλ为无量纲，随λ变化的曲线称为光谱灵敏度曲线。
变化量 引入相对光谱功率密度函数，它的定义为 把(2)和(3)式代入(1)式，只要注意到 和 就有 积分上式，有
1 . 0 式中 并注意到 由此便得 式中 称为光谱利用率系数，为入射光功率能被响应的百分比。
三、频率灵敏度Rf(响应频率fc和响应时间t) 若入射光是强度调制，在其它条件不变下，光电流if将随调频f的升高而下降，这时的灵敏度称为频率灵敏度Rf， 定义为 if是光电流时变函数的付里叶变换，通常 τ称为探测器的响应时间或时间常数，由材料、结构和外电路决定。
频率灵敏度 这就是探测器的频率特性，R f随f 升高而下降的速度与τ值大小关系很大。 一般规定，R f下降到 频率fc为探测器的截止响应频率和响应频率。 从上式可见： 当f<fc时，认为光电流能线性再现光功率P的变化。 如果是脉冲形式的入射光，则更常用响应时间来描述。
自由光输入 光纤耦合 例如： 德国Advanced Laser Diode Systems公司提供带宽可达35GHz、响应频率范围覆盖400nm到1.6 μm的高速光电二极管。该光电二极管采用MSM（金属-半导体-金属）的结构，具有非常低的电容、电阻，因而具有极高的响应速度。其冲击响应振荡极小，常适于高速光源时间或频率特性探测。
探测器对突然光照的输出电流，要经过一定时间才能上升到与这一辐射功率相应的稳定值i。探测器对突然光照的输出电流，要经过一定时间才能上升到与这一辐射功率相应的稳定值i。 当辐射突然降去后，输出电流也需要经过一定时间才能下降到零。 一般而论，上升和下降时间相等，时间常数近似地由 决定。 光电流是两端电压u、光功率P、光波长λ和光强调制频率f的函数，即
以u，P，λ为参变量，i＝F（f）的关系称为光电频率特性，相应的曲线称为频率特性曲线。以u，P，λ为参变量，i＝F（f）的关系称为光电频率特性，相应的曲线称为频率特性曲线。 同样，i=F (P)及曲线称为光电特性曲线。 i＝F (λ)及其曲线称为光谱特性曲线。 而i＝F (u)及其曲线称为伏安特性曲线。 当这些曲线给出时，灵敏度R的值就可以从曲线中求出，而且还可以利用这些曲线，尤其是伏安特性曲线来设计探测器的使用电路。
四、量子效率η 量子效率：在某一特定波长上，每秒钟内产生的光电子数与入射光量子数之比。 对理想的探测器，入射一个光量子发射一个电子， =1 实际上，<1 量子效率是一个微观参数，量子效率愈高愈好。
如果说灵敏度R是从宏观角度描述了光电探测器的光电、光谱以及频率特性，那么量子效率η则是对同一个问题的微观—宏观描述。如果说灵敏度R是从宏观角度描述了光电探测器的光电、光谱以及频率特性，那么量子效率η则是对同一个问题的微观—宏观描述。 这里给出量子效率和灵敏度关系 对某一波长来说，其光谱量子效率 ： c是材料中的光速。量子效率正比于灵敏度而反比于波长。
五、通量阈Pth和噪声等效功率NEP 从灵敏度R的定义式 可见，如果P＝0，应有i=0 实际情况是，当P＝0时，光电探测器的输出电流并不为零。 这个电流称为暗电流或噪声电流，记为 它是瞬时噪声电流的有效值。 显然，这时灵敏度R巳失去意义，我们必须定义一个新参量来描述光电探测器的这种特性。
光功率Ps和Pb分别为信号和背景光功率。 即使Ps和Pb都为零，也会有噪声输出。 噪声的存在，限制了探测微弱信号的能力。 通常认为，如果信号光功率产生的信号光电流is等于噪声电流in，那么就认为刚刚能探测到光信号存在。 依照这一判据，定义探测器的通量阈Pth为
例：若Ri=10μA/μW，in=0.01μA，则通量阈Pth＝0.001μW。即小于0.001微瓦的信号光功率不能被探测器所得知，所以，通量阈是探测器所能探测的最小光信号功率。例：若Ri=10μA/μW，in=0.01μA，则通量阈Pth＝0.001μW。即小于0.001微瓦的信号光功率不能被探测器所得知，所以，通量阈是探测器所能探测的最小光信号功率。 于是有 ： 采用另一种更通用的表述方法，这就是噪声等效功率NEP（Noise Equivalent Power）。它定义为单位信噪比时的信号光功率。信噪比SNR定义为 (电流信噪比) (电压信噪比) NEP越小，表明探测微弱信号的能力越强。所以NEP是描述光电探测器探测能力的参数。
六、归一化探测度D* 常需要在同类型的不同探测器之间进行比较，发现“D值大的探测器其探测能力一定好”的结论并不充分。 NEP越小，探测器探测能力越高，不符合人们“越大越好”的习惯，于是取NEP的倒数并定义为探测度D，即 这样，D值大的探测器就表明其探测力高。 主要是探测器光敏面积A和测量带宽Δf对D值影响甚大。
探测器的噪声功率N∝Δf，所以 于是由D的定义知 另一方面，探测器的噪声功率N∝A 所以 又有
把两种因素一并考虑， 定义 称为归一化探测度。 这时就可以说：D*大的探测器其探测能力一定好。 考虑到光谱的响应特性，一般给出D*值时注明响应波长λ、光辐射调制频率f及测量带宽Δf，即D*(λ, f ,Δf )。
光敏电阻 光电池 光电二极管 七、其它参数 光电探测器还有其它一些特性参数，在使用时必须注意到，例如光敏面积，探测器电阻，电容等。 特别是极限工作条件，正常使用时都不允许超过这些指标，否则会影响探测器的正常工作，甚至使探测器损坏。 通常规定了工作电压、电流、温度以及光照功率允许范围，使用时要特别加以注意。
知识巩固 1、光电探测器的特性的微观量-宏观量描述是什么？ 量子效率 单位时间单位光量子数产生的光电子数。就是等量子光谱响应曲线中用光电子数代替电流或电压。
知识巩固 2、光电信息转换器件的主要特性： 1．光电特性 ―─ IФ [光电流]＝F（Ф）[光通量] 2．光谱特性 ―─ IФ [光电流]＝F（λ）[入射光波长] 3．伏安特性 ―─ IФ [光电流]＝F（Ｕ）[电压] 4．频率特性 ―─ IФ [光电流]＝F（f）[入射光调制频率]
知识延伸 了解半导体光电探测器的发展及应用。 半导体光电探测器由于体积小，重量轻，响应速度快，灵敏度高，易于与其它半导体器件集成，是光源的最理想探测器，可广泛用于光通信、信号处理、传感系统和测量系统。最近几年，由于超高速光通信、信号处理、测量和传感系统的需要，需要超高速高灵敏度的半导体光电探测器。为此，发展了谐振腔增强型（RCE）光电探测器、金属半导体-金属行波光电探测器，以及分离吸收梯度电荷和信增（SAGCM）雪崩光电探测器（APD）等。
知识延伸 光电倍增管探测器解决DNA排序问题。 金属壳光电倍增管的金属通道电 子倍增极允许多通道输出，可以同时探测来自多个分子的荧光信号，从而提高探测灵敏度和探测速度。 荧光相关光谱术（FCS）利用单光子计数光电倍增管探测DNA靶序列。
