光电探测器（精选8篇）
篇1：光电探测器
光电探测器的发展现状及分析
摘要
概述了光电探测器的分类和基本原理，并从材料体系的选择和器件的主要应用等方面阐述了光电探测器国内外研究现状，预测了硅基雪崩光电探测器在军事和激光雷达等方向的应用前景
关键词 光电探测器 分类 原理 发展现状
一 光电探测器原理
光子型探测器（photon detector）利用外光电效应或内光电效应制成的辐射探测器，也称光电型探测器。探测器中的电子直接吸收光子的能量，使运动状态发生变化而产生电信号，常用于探测红外辐射和可见光。
用外光电效应制成的光子型探测器是真空电子器件，如光电管、光电倍增管和红外变像管等。这些器件都包含一个对光子敏感的光电阴极，当光子投射到光电阴极上时，光子可能被光电阴极中的电子吸收，获得足够大能量的电子能逸出光电阴极而成为自由的光电子。在光电管中，光电子在带正电的阳极的作用下运动，构成光电流。光电倍增管与光电管的差别在于，在光电倍增管的光电阴极与阳极之间设置了多个电位逐级上升并能产生二次电子的电极（称为打拿极）。从光电阴极逸出的光电子在打拿极电压的加速下与打拿极碰撞，发生倍增效应，最后形成较大的光电流信号。因此，光电倍增管具有比光电管高得多的灵敏度。红外变像管是一种红外-可见图像转换器,它由光电阴极、阳极和一个简单的电子光学系统组成。光电子在受到阳极加速的同时又受到电子光学系统的聚焦，当它们撞击在与阳极相连的磷光屏上时，便发出绿色的光像信号
特点：入射光子和材料中的电子发生各种直接相互作用即光电子效应 所用的材料：大多数为半导体。根据效应发生的部位和性质分为
1.外光电效应：发生在物质表面上的光电转化现象，主要包括光阴极直接向外部发射电子的现象。典型的例子是物质表面的光电发射。这种效应多发生于金属和金属物。
2.内光电效应：指发生在物质内部的光电转化现象，特别是半导体内部载流子发生效应，这种效应多发生于半导体内。
二 光电探测器分类
2.1 外光电效应探测器
外光电效应：当光照射某种物质时，若入射的光子能量 足够大，它和物质中的电子相互作用，致使电子逸出物质表面，这就是外光电效应，逸出物质表面的电子叫做光电子
2.11 光电管
光电管（phototube）基于外光电效应的基本光电转换器件。光电管可使光信号转换成电信号。光电管分为真空光电管和充气光电管两种。光电管的典型结构是将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂一层光电材料作为阴极，球心放置小球形或小环形金属作为阳极。若球内充低压惰性气体就成为充气光电管。光电子在飞向阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离，可增加光电管的灵敏度。用作光电阴极的金属有碱金属、汞、金、银等，可适合不同波段的需要。光电管灵敏度低、体积大、易破损，已被固体光电器件所代替。光电管原理是光电效应。一种是半导体材料类型的光电管，它的工作原理光电二极管又叫光敏二极管，是利用半导体的光敏特性制造的光接受器件。当光照强度增加时，PN结两侧的P区和N区因本征激发产生的少数载流子浓度增多，如果二极管反偏，则反向电流增大，因此，光电二极管的反向电流随光照的增加而上升。光电二极管是一种特殊的二极管，它工作在反向偏置状态下。常见的半导体材料有硅、锗等。如我们楼道用的光控开关。还有一种是电子管类型的光电管，它的工作原理用碱金属（如钾、钠、铯等）做成一个曲面作为阴极，另一个极为阳极，两极间加上正向电压，这样当有光照射时，碱金属产生电子，就会形成一束光电子电流，从而使两极间导通，光照消失，光电子流也消失，使两极间断开光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的 波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。这种解释为爱因斯坦所提出。光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用，在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。
光电效应里，电子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金属表面射出，与光照方向无关，光是电磁波，但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小，不会对电子射出方向产生影响
2.12 光电倍增管
将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。闪烁计数器的出现，扩大了光电倍增管的应用范围。激光检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收器密切有关。电视电影的发射和图象传送也离不开光电倍增管。光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域。（《中国大百科全书·电子学与计算机》）电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压用来加速电子。光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子。如此电子数不断倍增，阳极最后收集到的电子可增加 104～108倍，这使光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。光电倍增管高灵敏度和低噪声的特点使它在光测量方面获得广泛应用 由于光电倍增管增益高和响应时间短，又由于它的输出电流和入射光子数成正比，所以它被广泛使用在天体光度测量和天体分光光度测量中。其优点是：测量精度高，可以量比较暗弱的天体，还可以测量天体光度的快速变化。天文测光中，应用较多的是锑铯光阴极的倍增管,如RCA1P21。这种光电倍增管的极大量子效率在4200埃附近，为20％左右。还有一种双硷光阴极的光电倍增管,如GDB-53。它的信噪比的数值较RCA1P21大一个数量级，暗流很低。为了观测近红外区，常用多硷光阴极和砷化镓阴极的光电倍增管，后者量子效率最大可达50％。普通光电倍增管一次只能测量一个信息，即通道数为1。近来研制成多阳极光电倍增管,它相当于许多很细的倍增管组成的矩阵。由于通道数受阳极末端细金属丝的限制，目前只做到上百个通道。
光电倍增管可分成4个主要部分，分别是：光电阴极、电子光学输入系统、电子倍增系统、阳极。
2.2 内光电效应探测器
是光电效应的一种，主要由于光量子作用，引发物质电化学性质变化。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应：当入射光子射入到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大。光生伏特效应：当一定波长的光照射非均匀半导体（如PN结），在自建场的作用下，半导体内部产生光电压
光生伏特效应：基于半导体PN结基础上的一种将光能转化成电能的效应。当入射辐射作用在半导体PN结上产生本征吸收时，价带中的光生空穴与导带中的光生电子在PN结内建电场的作用下分开，形成光生伏特电压或光生电流的现象。现代很多光电探测器都是基于内光电效应，其中光激载流子保留在材料内部，最重要的内光
电效应时光电导，本征光电导吸收一个光子，就会从价带激发到导带，产生一个自由电子，同时在价带产生一个空穴。对材料施加的电场导致了电子和空穴都通过材料传输，并随之在探测器电路中产生电流。基于内光电效应的探测器有光电导探测器，光伏探测器等等。
2.21 光电导探测器
利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电导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。光电导体的另一应用是用它做摄像管靶面。为了避免光生载流子扩散引起图像模糊，连续薄膜靶面都用高阻多晶材料,如PbS-PRO、Sb2S3等。其他材料可采取镶嵌靶面的方法，整个靶面由约10万个单独探测器组成
工作原理和特性：光电导效应是内光电效应的一种。当照射的光子能量hv等于或大于半导体的禁带宽度Eg时，光子能够将价带中的电子激发到导带，从而产生导电的电子、空穴对,这就是本征光电导效应。这里h是普朗克常数，v是光子频率,Eg是材料的禁带宽度（单位为电子伏）。因此，本征光电导体的响应长波限λc为
λc=hoc/Eg=1.24/Eg(μm)
式中 c为光速。本征光电导材料的长波限受禁带宽度的限制.凡禁带宽度或杂质离化能合适的半导体材料都具有光电效应。但是制造实用性器件还要考虑性能、工艺、价格等因素。常用的光电导探测器材料在射线和可见光波段有：CBS、Cd Se、Cd Te、Si、Ge等;在近红外波段有：PbS、Pb Se、In-Sb、Hg0.75Cd0.25Te等;在长于8微米波段有:Hg1-excited、PbxSn1-x、Te、Si掺杂、Ge掺杂等；Cdr、Cd Se、PbS等材料可以由多晶薄膜形式制成光电导探测器。
2.22 光伏探测器
用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏器件，也称结型光电器件。这类器件品种很多，其中包括：
光电池、光电二极管、光电晶体管、光电场效应管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、阵列式光电器件、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD）、光电耦合器件等
光伏探测器是在紫外、可见光、近红外、中波红和远红外这些光学波段上展开的。首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电探测器变成电信号输出，虽然点测量方法灵活多样，看测参数众多，但广电探测器的工作原理均是其余物质的光电效应。
三 国内外发展现状
3.1 英特尔高性能硅基雪崩光电探测器
2008年12月7日，英特尔公司宣布其研究团队在硅光电子学领域取得了又一项重大的技术突破，成功使用基于硅的雪崩光电探测器（Silicon-based Avalanche Photodector）实现了创世界纪录的高性能，这款雪崩光电探测器使用硅和CMOS工艺实现了有史以来最高的340GHz“增益-带宽积”，这为降低40Gbps或更高数据传输速度的光学链路的成本开启了大门，同时也第一次证明了硅光电子元器件的性能可以超过现有的使用磷化铟（lnP）等更昂贵传统材料制造的光电子元器件的性能。作为一项新兴技术，硅光电子学（Silicon Photonics）利用标准硅实现计算机和其它电子设备之间的光信息发送和接收。此项技术也可以应用于对带宽需求高度远程医疗和3D虚拟世界等未来数据密集型计算领域。3.2日本研制成高性能256×256长波量子点红外光电探测器
量子点红外光电探测器（QDIP）由于可以用成熟的常规GaAs工艺制备，近年来已受到人们的广泛关注。它不仅能够探测正入射光，而且还能在较高的温度下工作。这些都是量子阱红外光电探测器（QWIP）所难以比拟的。
日本国防部技术研究与发展研究所电子系统研究中心通过与富氏实验室有限公司等单位合作，用以分子束外延方法生长的自组装量子点多层膜研制出了一种256×256像素长波红外QDIP焦平面阵列该红外焦平面阵列的像元间隔为40μm，读出电路采用直接注入式输入结构，积分时间为8ms，帧速为120Hz，F数为2.5，工作温度为80K，为了评价该红外焦平面阵列的性能，研究人员将其装在一个集成探测器制冷机组件内，在80K温度下对其输出进行了测量。结果显示，该阵列的峰值响应波长为10.3μm，噪声等效温差为87mK。
3.3一种新型谐振腔增强型光电探测器的性能分析
随着光波分复用通信技术的发展，具有波长选择特性和高响应速度的光探测器已经在光通信中显示出了它的巨大优势。一种新型的光电探测器——谐振腔增强型光电探测器（Resonant Cavity Enhanced Photodetector,RCEP）
【4】，该RCEP的基本结构是将吸收层插入到谐振腔当中。由于谐振腔的增强效应使其在较薄的吸收层情况下即可获得较高的量子效率，同时减少了光生载流子在吸收层的渡越时间，提高了器件的响应速度，因而能够解决传统探测器量子效率和响应速度之
间的相互制约矛盾。此外，由于谐振腔的作用使该器件本身具有波长选择特性，无需外加滤波器，因而有可能成为波分复用光钎通信系统中的新一代光探测器。
这种谐振腔增强型光探测器将光学滤波器和光电探测器通过F-P微腔巧妙地集成在一起，其独特结构解决了普通光探测器量子效率与载流子渡越时间相互制约的问题，使其在量子效率和响应速度方面获得很大改进。其具有的波长选择特性，使这种新型器件可广泛应用于光探测器、光调制器、发光二极管等多种光电器件。
四 总结
在节能环保被日益关注的今天，如果有更为灵敏光电探测器件，就可以显著降低激光的功率，从而达到大幅降低能耗的目的。
除此之外，我们还可以将这种器件与一些高精尖的前沿领域联系在一起：例如量子密码领域，需要探测单个光子的存在，这种硅基雪崩光电探测器的性能如果进一步提高，检测到单个光子的可能性是存在的。
我们还会联想到CCD——一种用于相机等成像设备的核心部件。凭借硅基雪崩光电探测器超高的灵敏度，我们可以造出高性能的二维光探测矩阵，可以在红外成像、遥感等领域发挥很大的作用，在卫星、军事和激光雷达等领域都将会有广阔的应用空间
主要参考文献
【1】 赵维.一种新型谐振腔增强型光电探测器的性能分析.电子设计工程.2010.5
【2】 易可佳等.一种下一代激光雷达的设计与实现.2011.10
及百度百科 百度文库
篇2：光电探测器
浅谈光电烟雾火灾探测技术
摘要：本文简要阐述了火灾探测的重要性,回顾了火灾探测技术的发展历史,介绍了烟雾火灾探测技术的.基本原理,并从光学探测室、传感器等层面介绍了光电烟雾火灾探测技术的发展概况.最后,展望了光电烟雾火灾探测技术的发展趋势.作 者：苏静 作者单位：海湾安全技术有限公司,河北秦皇岛,066004期 刊：安防科技 Journal：SAFETY & SECURITY TECHNOLOGY年，卷(期)：,“”(3)分类号：X9关键词：散射 火灾算法 多元传感技术 光学探测室
篇3：光电探测器噪声特性分析
光电器件是一种基于材料的光电效应原理工作的一类电力电子器件。在脉冲功率技术、电力电子装置、精同步控制和高灵敏检测器等方面有着广泛的应用[1,2,3,4]。作为探测器件的光电器件具有高灵敏度、高实用性等优点一直倍受人们关注。例如:光电倍增管(PMT)是一种具有高灵敏特性的光电探测器件,能够在单个光电子脉冲下工作,也可以用于对光子撞击光电阴极速率的测量。光电探测器输出信号的真实性和稳定性是衡量其工作性能的重要指标[5]。分析光电探测器输出信号噪声对提高器件工作性能具有重要意义。
1 光电探测器的噪声
光电探测器的噪声源大致可以分为两类。第一类是光电探测器接收信号光的基本过程中发生的噪声,包括信号光和背景光激发光电子的散粒噪声;对于多电极器件(例如PMT),还包括多极电子倍增过程引起的噪声;第二类是光电探测器自身构造特点和使用条件所引起的噪声,例如:光电子发射器件光阴极的热离子发射(暗电流),管子里残留气体电离,内部的光反馈,外界磁场作用影响,以及由管子内部材料的自发发射所引起的随机离子发射。因而,需要针对光电探测器不同的噪声来源分析其噪声特征。
1.1 散粒噪声
光电探测器工作物质与辐射场发生相互作用时,载流子产生和发射的随机性造成了穿越势垒的载流子统计数目有一定的随机涨落。单位时间内达到光敏表面的光子数和由它激励形成的光电子数是随机离散的,穿越势垒区的载流子数、从阴极到阳极的电子数在一个平均值上下波动。载流子数量的变化引起器件输出信号的散布,形成电路的散粒噪声。散粒噪声是由照射在光电探测器上的光子起伏及光生载流子流动的不连续性和随机性而形成载流子起伏变化引起的,统计过程服从泊松分布。散粒噪声一般包括以下三类:
①信号光的光子噪声
光信号在照射光电探测器时,光子本身服从统计规律。每一时刻到达探测器的光子数是随机的,由光激发的载流子也是随机的,因而光激发的载流子也是随机的,将产生起伏噪声,即光子散粒噪声。信号光伴随的光子噪声与平均光子达到速率、光阴极响应时间以及光功率大小有关。
②背景光的光子噪声
受工作环境的限制,信号光常伴随有一定的背景光信号。背景光信号会导致探测结果发生偏差,同时对输出带来光子噪声扰动。光电探测器具有高增益和高灵敏性,因而背景光的光子噪声也不应忽视。
③暗电流散粒噪声
材料的热激发作用将引起光电探测器光阴极随机产生的电子(热离子)发射起伏,起伏的单元是电子电荷量。在没有任何光照的情况下,热激发载流子将形成光电探测器的暗电流,它包括体暗电流和表面暗电流。体暗电流来自探测器工作物质内部热产生的载流子。表面暗电流是由表面缺陷、清洁程度、偏置电压大小和表面积大小等因素决定的。引起暗电流的因素大致有[6]:光电阴极的热电子发射,这是光电探测器的主要暗电流;极间漏电流;离子和光的反馈作用;场致发射;放射性同位素和宇宙射线的影响。这种由光电探测器暗电流引起的输出信号起伏称为暗电流散粒噪声,它是基于外光电效应器件的主要噪声。
总之,散粒噪声是光电探测器噪声的主要来源,主要由信号光、背景光和暗电流的散粒噪声组成。信号光和背景光在光电阴极的光电流大小与光功率、光频率和电极对光的吸收效率有关;光阴极热电子激发产生的暗电流的大小由理查森(Richardson)公式决定[7]:
其中,a光阴极材料决定的比例系数,A为光阴极的面积,T为温度,Φ为材料的逸出功,k为波耳兹曼常数。
考虑到信号光、背景光和暗电流的共同作用,光电探测器输出端的总散粒噪声可表示为:
式中,Δν为测量带宽。
1.2 多电极倍增噪声
为了提高探测能力,获得高输出增益,一些器件设计成多电极结构。例如光电倍增管,其包括多个电子倍增极。光电倍增管中倍增极噪声与电子的二次发射有关。一个电子撞击到光电倍增管的一个正电极(如阳极、倍增极)上,可能释放出一个或多个低能量的二次电子。每个一次电子所释放出的二次电子数并非相同,某些电子可能不释放二次电子。因此,对于某一给定的一次电子电流,二次电子电流将随时间在平均值上下起伏。撞击电极的一次电子可分为三类:反射的一次电子、不产生二次发射的一次电子和释放真正二次电子的一次电子。受激活的电极(倍增极)的电子以一定的速率进入真空管作为二次电子。
对于具有多倍增极的光电探测器,可以引进噪声系数的概念,其定义为多倍增电极输入端信噪比与输出端信噪比的比值。若第一级的增益很高且服从泊松分布,则其噪声主要贡献同第一倍增极增益系数δ1有关。设δ为其余倍增极的增益系数,倍增过程对噪声的贡献系数F为[8]:
1.3 产生—复合噪声
光电探测器工作时,材料中光激发和热激发的载流子的产生和复合具有一定的随机性,载流子的寿命在不同时刻存在一定差异,载流子产生率与复合率在某个时间间隔内会在平均值上下起伏,导致载流子浓度的起伏,从而引起探测器输出信号的起伏,即器件的产生—复合噪声(或称为g-r噪声)。光电导探测器响应信号主要取决于感光材料内部载流子浓度的变化引起的电阻率变化。产生—复合噪声是光电导探测器主要噪声之一。使用搀杂半导体的探测器件,产生—复合噪声由偏置电流和杂质中心的热电离产生,其中偏置电流产生的占主要地位。在本征器件中,热激发载流子中的电子占优势。光电子发射的探测器的光电流主要取决于光电阴极的光电子发射数目,电极内部载流子的产生复合对探测器的响应信号影响不大,一般不考虑光电子发射探测器的产生—复合噪声。
产生—复合噪声与载流子的产生随机性、复合时间和载流子寿命有关。噪声电流方均值为[9]:
在频率不太高的情况下,2πντ<<1时:
式中,e为电子电量,I为平均光电流,τ为载流子寿命,t为两极间载流子的平均飘移时间,ν为频率,Δν为测量带宽。
1.4 等效负载阻抗的热噪声
热噪声(又称约翰逊噪声),它代表热对电荷载流子的激励而产生的噪声。
热噪声对探测能力影响最大。热噪声存在于任何导体和半导体中,它来自于电阻的内部自由电子或电荷载流子的不规则热运动。没有外场时,导体中的电子做无规则热运动,无定向地迁移,因而没有电流,但由于涨落,向两个相反方向运动的电子数并不完全相等,导致在导体和半导体中产生涨落电势(噪声电压),并引起涨落电流。噪声电压均方值取决于材料的温度。热噪声的频谱可看作是平直的,为白噪声。在纯电阻的简单情况下,R与频率无关,热噪声的输出取决于材料的绝对温度和探测器检测电路的实际通频带。
内阻热噪声是由导体内载流子无规则热运动而产生的噪声。热噪声是带电粒子在导电媒介中的布朗运动引起的,包括发生于有沾器件内部载流子或电子发射的随机性而形成散粒效应起伏的散粒噪声和引起电路中电流或电路两点间电位差起伏的电阻热噪声。这种噪声可以看成是无数独立的微小电流脉冲的叠加,根据概率论极限中心定理,它们是服从于高斯正态分布的高斯过程,其功率谱密度在整个频率范围内都是均匀分布的。类比白光是各种频率光的合成,所以常把热噪声称为高斯噪声(Gaussian noise)或白噪声(white noise)。白噪声的功率谱密度为常数。光电探测器等效负载阻抗的热噪声具有以下特点:①热噪声与温度T成正比;②热噪声与测量仪器的电子带宽成正比,而与频率无关,噪声功率谱密度是常数;③一个电阻所能输出的热噪声最大噪声功率(亦称额定噪声功率)与电阻无关;④热噪声与电阻中是否有电流流过无关。
分析光电探测器的探测能力大小时应根据热噪声的特性进行。例如光电子发射型探测器的热噪声来自于输出电阻(或等效输出电阻)RL的热噪声,噪声电流方均值为[10]:
kT>>hν时:
1.5 其他噪声
光电探测器工作过程中还存在其他的噪声源,例如:1/f噪声,光电探测器里放射性引起的噪声源,根源不清的暗脉冲。
①1/f噪声
1/f噪声又称为闪烁噪声。这种噪声是由于元件内部的光敏层微粒的不均匀性或不必要的杂质存在,电流流过时,在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲;也可能是由光子发射成二次发射过程所引起的可能起伏成分。几乎所有的光电元件中都存在1/f噪声。1/f噪声大致出现在103Hz的低频领域,对于工作在中高频段的光电探测器可以不考虑;而且由光子发射成二次发射过程所引起的可能的1/f噪声成分与探测器的散粒噪声相比是非常小的,可忽略不计。
②其他影响噪声
其他影响噪声还包括:漏电流噪声源;光电探测器里放射性噪声源;气体离化和光反馈噪声源;其他不明根源噪声等。
2 结束语
从噪声源着手,对光电探测器的常见输出噪声进行了细致的分析。光电探测器的主要噪声可以分为散粒噪声、产生—复合噪声、等效负载阻抗的热噪声和包括闪烁噪声在内的其他噪声;产生—复合噪声在光电导探测器工作中较为显著,而闪烁噪声大致出现在103Hz的低频领域,具有多倍增极的光电探测器,必须考虑倍增过程对噪声的贡献。对光电探测器噪声的具体分析为建立光电子发射的探测器的噪声模型和进一步研究光电探测器的噪声特征打下了一定的基础,对提高器件工作性能具有指导意义。
参考文献
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篇4：光电探测器的原理及其应用
关键词：光敏探测器；光电二极管；雪崩二极管
0 引言
在光电子系统中，最关键也是最重要的就是作为它的“眼睛”的部件，也就是光电探测器。它的优点是它非常灵敏，同时也具有人眼所不具有的对图像的记忆、储存、输出以及显示记录的功能，但是同时其缺点也非常明显，其一是由于自身原理的问题，它的光谱响应范围仅限于400nm到760nm，但是对于波长在该范围之外的紫外光和红外光一般不能响应；其二是由于“眼睛”的视觉暂留现象，对于高频信号不能清楚分辨。
光电探测器种类繁多，从原则上说只要在受到光照之后其物理性质变化的材料都可以用来制作光电探测器。现在最广泛使用的光电探测器是利用光电效应进行工作的，光电效应又分为内光电效应和外光电效应：常见的光电管和光电倍增管是利用外光电效应工作的，即是由入射光子打在阴极材料上将其内部电子轰击出来形成光电流，从而通过入射光强的改变进而检测光信号；一些典型的半导体光电器件则是利用内光电效应来实现的，其是通过将光电材料内部的电子从低能态激发到高能态，从而激发出一个电子空穴对，称为光生电子空穴对，通过检测出它对半导体光电材料导电性能的改变，就可以检测出光信号的改变[1]。
外光电效应和内光电效应的产生都是取决于入射光的波长λ和频率υ，即光子能量E只与频率υ有关，
式中h为普朗克常量。要能产生光电效应，每个光子的能量必须高于一定的数值，波长越短，即频率越高，则每个光子的能量也就越大，越容易产生光电效应。
目前广泛使用的光电探测器是光电二极管和雪崩光电二极管，它们都是由半导体材料制作而成的。内光电效应就发生在导带和价带之间，价带中的电子吸收了入射光子的能量后被激发到导带中，会在导带中产生一个能自由运动的电子并且在价带中产生一个空穴。空穴在价带中的能量高于在导带中的能量，在价带中也可以自由运动，所以当入射光子在半导体内激发产生光生电子空穴对的时候，就会改变半导体的导电性能[2]。
原理如下图1：
1光电二极管简介
1.1 工作原理
光电二极管是一种能将光信号变成电信号的半导体器件，核心部分是一个PN结。与普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，其PN结的面积尽量做的大一些，电极面积尽量小一些，并且PN结的结深很浅，一般小于1微米。
光电二极管一般都是在反向电压作用之下工作的。在没有光照时，反向电流很小，叫做暗电流；当有光照时，携带能量的光子在进入PN结之后，会把自身的能量传给共价键上的束缚电子，使得部分电子挣脱共价键，从而产生电子空穴对，被称为光生载流子。
光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光电二极管和普 通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。光电三极管 除具有光电转换的功能外，还具有放大功能，在电路图中文字符号一般为VT。光电三极管因输入信号为光信号，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。同光电 二极管一样，光电三极管外壳也有一个透明窗口，以接收光线照射[3]。
光电二极管工作V-I曲线如图2：
1.2 主要性能参数
（1）响应率
响应特性也可以表达为量子效率，即光照产生的载流子数量与突发光照光子数的比例。
（2）暗电流
在光电导模式下，当不接受光照时，通过光电二极管的电流被定义为暗电流。暗电流包括了辐射电流以及半导体结的饱和电流。
（3）等效噪声功率
等效噪声功率（NEP）是指能够产生光电流所需的最小光功率，与1赫兹时的噪声功率均方根值相等。与此相关的一个特性被称作是探测能力，它等于等效噪声功率的倒数。等效噪声功率大约等于光电二极管的最小可探测输入功率[4]。
1.3 应用
PN结型光电二极管与其他类型的光探测器一样，能够根据接受光的强度来输出相应的模拟信号或者在数字电路的不同状态之间切换比如控制开关和数字信号处理。
光电二极管在消费电子产品方面，例如CD播放器、烟雾探测器以及控制电视机、空调的红外线遥控设备中也有应用。对于许多产品来说，可以使用光电二极管或者其他光导材料，它们都可以被应用于测量光，通常被用于路灯亮度自动调节和手机的感光设备等。
在科学研究和工业中，光电二极管常常被用来精确测量光强，因为它比其他光导材料具有更良好的线性。
在医疗应用设备中，光电二极管也有着广泛的应用，比如脉搏探测器以及X射线计算机断层成像（CT）等。
2 雪崩二极管简介
2.1 工作原理
在材料掺杂浓度较低的PN结中，当PN结的反向电压增加时，空间电荷区中的电场也会随之增强，这样一来通过空间电荷区的电子和空穴就会在电场作用下使其自身能量增大。而在晶体中运动的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞，当电子和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键中的电子激发形成自由的电子空穴对。新产生的电子和空穴也会朝着相反的方向运动继而重新获得能量，又可以通过碰撞再产生电子空穴对。这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像雪崩一样，载流子增加得多且快。反向电流剧增，PN结就发生雪崩击穿，利用该特点可制作高反压二极管。
雪崩击穿的示意图如图3：
2.2 应用
PN结加合适的高反向偏压，使耗尽层中光生载流子受到强电场的加速作用从而获得足够高的动能，它们与晶格碰撞又会电离产生新的电子空穴对，这些载流子又不断引起新的电离，造成载流子的雪崩倍增，得到电流增益。
其优化结构如图4：
光的吸收层用铟镓砷，即InGaAs材料，它对1.3μm和1.55μn的光具有高的吸收系数。为了避免InGaAs同质结隧道击穿先于雪崩击穿，把雪崩区与吸收区分开，即PN结要放在InP窗口层内[5]。由于InP材料中空穴离化系数大于电子离化系数，雪崩区选用n型 InP，n-InP与n-InGaAs异质界面存在较大价带势垒，易造成光生空穴的陷落，在其间夹入带隙渐变的铟镓砷磷过渡区，分别形成吸收、分级和倍增结构。
3 总结与展望
光电探测器件的应用选择，实际上是应用时的一些事项或要点。在很多要求不太严格的应用中，可采用任何一种光电探测器件。不过在某些情况下，器件的选择极大程度上决定了效果的好坏。
在动态特性方面，以光电倍增管和光电二极管，尤其是PIN二极管与雪崩二极管为最好。在光电特性方面，以光电倍增管、和光电池为最好；在灵敏度方面，以光电倍增管、雪崩二极管、光敏电阻和光电三极管为最好。在各种光敏探测器中，灵敏度高不一定就是输出电流大，输出电流大的器件有大面积光电池、光敏电阻、雪崩光电二极管和光电三极管。外加的偏置电压最低的是光电二极管和光电三极管，光电池不需外加偏置。
近年来光电探测器在理论研究方面的发展并不多，但是在实际应用上依然很广泛。相信在不久的将来，随着其他一些传感器或者探测器领域的发展，光电探测器还会在更多更广泛的领域得到更多的应用。
参考文献：
[1] 胡涛.光电探测器前置放大电路设计与研究[J].光电技术应用，2010，25（1）：52-55.
[2] 雷肇棣.光电探测器原理及应用[J].物理，1994（4）：220-226.
[3] 王立刚.基于光电二极管检测电路的噪声分析与电路设计[J].大庆石油学院学报，2009，33（2）：88-92.
[4] 马鑫.光电二极管电参数模型及I_V转换稳定分析[J].哈尔滨工业大学学报，2009，41（7）：89-92.
篇5：光电探测器
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篇6：光电总结（精选）
在可见光波段，波长最长的是红光，能量最高的是紫光。光是电磁波且为横波，具有偏振性，可见光的波长380～780nm。偏振光（非偏振光、完全偏振光、部分偏振光）光辐射的度量：辐射度量光度量P3~4 [计算] P29-1,2,3
光辐射的调制指光的强度、相位、偏振、频率/波长的调制 光电发射效应、光电导效应、光生伏特效应、热电效应的应用
简要说明以下应用是根据哪些光电效应或光学定律或理论： 3D偏光眼镜（过滤偏振光）光敏电阻（光电导效应）
光电池（势垒效应产生的光生伏特效应）
强功率辐射探测器ie CO2脉冲激光输出波形的检测（光子牵引的光生伏特效应）热电偶（热电效应——温差电效应）热电阻（热电效应——热阻效应）
红外探测器（外加磁场的光生伏特效应（光磁效应），或热释电效应）辐射和非接触式温度测量、红外摄像（热电效应）
实验发现电磁波的发射和吸收不是连续的，是一份一份进行的。（光电发射第二定律（爱因斯坦定律））
第二章 光辐射信息探测器件
主要器件：
光电发射效应：光电倍增管PMT 光电导效应：光敏电阻
光生伏特效应：光电池、光敏二极管PD、光敏三极管、光电位置探测器PSD 热释电效应：热释电探测器件
光电导效应（光敏电阻）
光电导的灵敏度：Sg=g/E（s/lx）[计算]P75—2-7, 2-8 应用：P41—图2-14路灯控制电路
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恒流偏置电路、恒压偏置电路：
光谱特性：下述系统中应选用哪一种光敏电阻
照度计的探头
照相机自动曝光电路的测光探头 路灯自动控制电路的测光探头 火焰探测器的探头
光生伏特效应（光电池、光敏二极管、光敏三极管）光电池通常在零偏下工作，光敏二极管通常在反偏下工作。光电流放大电路：
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光电二极管：无光照时，与普通二极管相同；光照后，反向电流的大小与入射光照度成正比，几乎与反向电压无关。
光电二极管与光电池的特性比较：（频率特性不同，PD的频率特性比光电池好；灵敏度不同，PD的光敏面积比光电池小得多，光电流在微安级；工作方式不同：零偏、反偏）
光电二极管与光电三极管的特性比较：（灵敏度不同；光电特性线性不同，光电二极管线性好与三极管；频率特性不同，晶体管比二极管慢；应用不同，光电检测器件和光电开关）光电二极管基本控制电路： 光电三极管基本控制电路：
光电三极管应用： a亮通光控制电路
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b暗通光控制电路：
光电位置探测器PSD（一维PSD的结构及工作原理）：（光电二级光的横向光电效应）
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光电耦合器（光电三极管）的应用：逻辑门电路的分析、设计
光电耦合器件的优点：输入输出完全没有电、磁路的联系；信号单向传输；抗干扰和噪声；既有耦合特性又具有隔离特性。
光热电效应（热释电探测器件）
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热释电效应与温度的变化率有关，与温度无关。
热释电的应用：安全警示、自动门、防盗报警器、感应照明灯等。
第三章 光电成像器件
主要器件：
电荷耦合器CCD、CMOS图像传感器、自扫描光电二极管阵列SSPA、接触式图像传感器CIS、直视型光电成像器件
CCD电荷耦合器件
CCD的工作过程：信号电荷的产生注入、存储、转移耦合、检测 [计算]P113-3-1，3-2，3-4，3-5 CMOS图像传感器
CMOS像素单元结构 P92-图3-23 CMOS的特点，与CCD图像传感器的比较：（系统集成，低功耗，成像速度快，响应范围宽，抗辐射性强，成本低）（灵敏度差异CCD高，成本差异CCD高，成品率差异CMOS高，分辨率差异CCD高，噪声差异CCD好，功耗差异CMOS低）P98 接触式图像传感器CIS CIS体积小、光路短、安装简单、成本低，其应用如：扫描仪、传
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真机、复印机、纸币清分机等。
直视型光电成像器件（变像管、像增强管、“微光夜视技术”）[了解]
第四章 发光器件
主要器件：LED、OLED、激光器
LED LED直流驱动电路：
[计算]P146-4-1，4-3，4-5，4-6 LED、LD（半导体激光器）的数字调制：P119-图4-6
LED的脉冲驱动：
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LED的应用：照明、显示屏、背景光源、汽车应用、红外LED等。白光LED照明的优点举例：光效率高、发热少、能耗低、寿命长等。
OLED的特点举例P124（表面发光、效率高、透明轻薄、坚固耐用、环保、电流驱动器件等）激光器
激光产生的三个基本要求：激励/泵浦源、实现粒子数反转、光学谐振腔实现受激辐射的振荡放大
激光器的组成及各部分的作用：增益介质、泵浦源、光学谐振腔 激光的特点/优点：方向性好，发散角小；单色性好，颜色极纯；相干性好；能量密度高，能量的空间、时间密度大，即光束小，光点小，作用范围小，脉冲持续时间短。[计算]P146-4-7 激光器的应用：激光武器、焊接、切割、热处理等 半导体激光器LD LD的特点：LD具有体积小、功耗低、方向性好、谱线窄，相干性好等。
LD与LED的区别：LED的掺杂浓度没有LD大，不需要较高的注入
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电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔。LED发射的是非相干光，LD发射的是受激辐射光。
LD的应用：光纤通信系统光源，光学测量系统的光源，激光打印机等 光纤激光器
光纤激光器的特点：小巧灵活可集成化性价比高，工作条件不严格，相当好的可调谐参数和选择性等P139 光纤激光器的应用举例：激光切割、焊接加工等
第十章 光电信息显示技术
主要器件：LCD液晶显示、PDP等离子显示
LCD液晶显示器
显示原理，判断常白型、常黑型：
常白型（不加电时光透过，加电时光遮断），正液晶、LCD分子旋转90度排列，两偏光片垂直。
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液晶显示器是被动显示器件，本身不会发光，需要背照光源。为了防止液晶劣化，液晶显示器一般采取交流驱动方式。薄膜晶体管液晶显示器（TFT LCD）
TFT LCD的优点：（低功耗，低电压运行，元件为薄型，而且从大型显示到小型显示都可满足，适用于便携式装置等）
LCD显示器的缺点：（显示对比度与观察方向有关，视角受到限制。响应时间与环境温度有关，低温时工作不能充分保证等）P328 LCD的应用：数字、字符显示，平面显示，光开关等
等离子显示器PDP 表面放电型交流PDP（AC PDP）
等离子显示器是自发光显示器件，不需要背照光源，一般采用交流（脉冲存储：书写脉冲、擦除脉冲）的方式驱动。
PDP显示器与LCD显示器相比优点有：亮度高。属于自发光型显示，灰度丰富、可以实现全彩色。响应速度快。视野开阔，视角大(可达160度)。可实现大屏幕显示等。P331 PDP显示器与LCD显示器相比缺点有：功耗大，寿命短，只能大屏不能小屏，不能在海拔2000m以上使用，制造成本高等。LCD显示器与PDP显示器相比优点有：工作电压低、发热量小、耗电量低。无辐射。体积小。寿命长很多。
LCD显示器与PDP显示器相比缺点有：可视角度偏小。亮度和对比度低。需要靠外界光源辅助发光。响应速度慢，显示快速运动画面时就会产生影像拖尾现象。不易维修。
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第十一章 光电信息技术的应用 脉宽法测长： 直径的光电检测：
分析直径变大或小时输出的U1、U2、U3/U4
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光控电焊眼罩：
（等）
光纤通信
光源常采用LED（低容量、短距离），LD（大容量、长距离）。信息
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加载直接采用光强度的调制，即
篇7：光电公司简介
友达光电股份有限公司(简称：友达光电)原名为达碁科技，成立于8月，与联友光电合并后更名为友达光电，再度并购广辉电子。经过两次合并，友达得以拥有制造完备大中小尺寸面板的各世代生产线。友达光电亦是全球第一家于纽约证交所(NYSE)股票公开上市之TFT-LCD设计、制造及研发公司。友达光电率先导入能源管理平台，为全球第一家获得ISO50001能源管理系统认证和ISO14045生态效益评估的产品系统验证的制造业者，并连续于/、2011/入选道琼世界永续性指数成份股，为产业树立重要里程碑。
篇8：光电探测器
低照度条件下的微弱信号探测成像技术凭借其在军事和民用两大领域内的广泛应用背景,历来是世界各国争相研究的热点。从光电探测原理角度出发,目前光电探测器主要分为三大类:第一类主要是真空光电器件中的像增强器和光电倍增管;第二类以半导体光电探测器为主,包括低照度CMOS图像传感器、电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)、雪崩二极管阵列(APD arrays)等;还有一类是将真空与半导体两类器件相结合的混合型光电探测器[1]。电子轰击CMOS(EBCMOS)混合型光电探测器便是当前最先进的一种混合型器件,在国外已被广泛应用于生物检测、微光夜视、激光雷达、高能物理和天文观察等领域。
1 器件原理与发展历史
1999年,美国Intevac公司的Verle W.Aebi等人[2]公布了电子轰击有源像素传感器混合型光电器件的发明专利。阴极采用光电阴极实现光电转换,阳极采用有源像素图像传感器作为信号收集极。虽然国际上也有将硅二极管阵列和CCD作为阳极并实现电子轰击成像,对应器件分别为ISPA(Imaging Silicon Pixel Array)[3]、EBCCD(Electron Bombarded CCD)[4,5],但这是第一次将有源像素传感器这种CMOS图像传感器作为真空器件的阳极,其称为EBAPS(electron bombarded active pixel sensor),这也是EBCMOS器件概念的首次提出。
在此后的发展中,器件的探测性能虽然在不断改进与提升,但器件工作的基本原理与结构跟最初相比并没有本质的变化,如图1所示,器件在结构上主要包括三部分:阴极、阳极与倍增极。工作过程中,阴极采用光电阴极实现光电转换,将光子信号转换为电子信号;阳极采用CMOS图像传感器芯片,作为信号收集与输出极;产生的光电子在真空管壳中被高压电场加速后轰击在CMOS图像传感器芯片的表面产生大量的二次电子,实现高倍的电子轰击增益,这些电子对被CMOS图像传感器的结区收集后输出,并实现微弱信号的探测与成像。
EBCMOS器件的发展历史不长,自EBCMOS第一个专利的提出只有短短十几年的时间,如今已取得长足的进步。2000年,Kenneth A.Costello和Verle W.Aebi等人研制出了第一只EBCMOS器件NightVista,芯片有效尺寸为1.27cm,像素为640×480,像素尺寸为12μm×12μm[6]。
在2005年5月,Intevac公司又陆续公布了NightVista型EBCMOS的升级版,ISIE6和ISIE10,芯片有效尺寸分别达到了1.69cm和2.54cm,像素均为1280×1024,像素尺寸则优化为6.7μm×6.7μm和10.8μm×10.8μm[6]。
2007年,法国里昂大学的R.Barbier等人[7]也报道了其自主研制的第一款EBCMOS器件样品,如图2所示,像素达到了1024×1024,像素尺寸17μm×17μm,并实现了2.0×10-4lx照度下的成像。
法国核物理研究所在里昂大学EBCMOS器件的研究基础上于2009年研制出了灵敏度更高的EBCMOS器件,其称为LUSIPHER(Large-scale Ultra-fast SIngle PHoto-Electron trackeR),探测下限达到了单光子级[8]。
法国Photonis公司于2012年才研制出第一款EBCMOS器件,器件像素1280×1024,并于2013年研制出EBCMOS相机,其称为EBNOCTURN。
目前Intevac公司最新的ISIE11型EBCMOS器件已实现批量生产。另外,在2011年7月,Intevac公司收到美国海军航空作战中心(U.S.Navy Naval Air Warfare Center,NAVAIR)960万美元的研制合同,用于研制基于EBCMOS技术的400万像素的数字夜视传感器(ISIE4000)。下一代具有更高分辨率和更高像素的ISIE4000系列EBAPS器件已在研制进程中。该公司EBCMOS系列产品与性能参数如图3与表1所示。
2 电子轰击半导体(EBS)增益机制
在EBCMOS器件工作过程中,电子轰击半导体增益的实现是整个器件工作原理的核心。与传统真空器件采用打拿极或微通道板(MCP)作为增益来源不同,EBCMOS器件采用的是电子轰击半导体增益来实现低噪声的高倍增益。在EBCMOS工作过程中,加速的高能电子轰击CMOS图像传感器并深入半导体材料体内,与体内原子发生一系列的散射碰撞[9],进而产生大量的电子-空穴对,电子轰击增益便发生在此过程中。在材料内部没有作用电场的条件下,轰击产生的电子近乎自由运动,部分会发生弹性或非弹性背散射,背散射系数与材料原子序数与加速电压密切相关。以Si为例,2keV能量的电子在入射过程中,背散射会导致接近85%的能量损失[10]。
通常,高能电子在半导体材料中轰击产生的电子-空穴对的数目可由以下公式计算[11]:
其中,We-h是在半导体材料中产生一个电子-空穴对所需的能量(Si材料为3.6eV,GaAs材料为4.4eV[12]),VH是入射电子的加速电压,Vth是由于入射表面牺牲层产生复合造成的能量损失。
电子轰击增益目前已在多种芯片阳极的真空-半导体混合型光电器件中实现,Verle Aebi等人研制的电子轰击CCD(EBCCD)器件在2kV电压下实现了180倍的EBS增益[4];M.Suyama等人研制的电子轰击APD器件在9kV电压下实现1400倍的EBS增益[13];中国电科55所研制的电子轰击APD器件在8kV电压下也已实现600倍的EBS增益。
3 性能比较
EBCMOS混合型光电探测器集高灵敏度阴极、非倍增结构增益机制、大规模CMOS芯片阳极为一体,实现了信号的高增益、快响应速度以及优异的空间分辨率,同时大大缩小了器件的功耗、体积与重量。更重要的是,CMOS图像传感器芯片制造工艺与传统CMOS制造工艺完全兼容,因此可大大降低器件的成本。表2给出了EBCMOS混合型光电探测器与几种常见探测器性能的简单对比。
从表2中可以看出,与传统真空光电器件中的像增强器相比,EBCMOS探测器采用了阵列化的CMOS芯片阳极,可以实现大规模像素的全数字化输出,而目前国内微光夜视应用中广泛采用的像增强器,为了实现图像的视频输出,通常采用像增强器与CCD/CMOS图像传感器通过光锥或透镜耦合起来形成ICCD/ICMOS组件,如图4所示。EBC-MOS取消了微通道板(MCP)、荧光屏和光锥/透镜这三个元件,仅有光电阴极和CMOS芯片两个元件,图像的传输路径大大缩短,成像分辨率得到提高,体积与重量也大大降低[14]。
注:①光电转换的量子效率取决于光电阴极或半导体材料类型;②探测器光电转换部分无增益;③目前非Si基半导体料的APD阵列规模均不大
另一方面,与半导体工艺制备的探测器相比,低照度图像传感器(CIS)探测下限不够低,最低探测照度仅在10-3~10-4lux量级;EMCCD则响应波段固定、体积大,为了降低噪声通常需要制冷;雪崩二极管APD阵列增益离散、均匀性差,并且在一些波段,APD阵列还无法实现大规模阵列的制备。因此,EBCMOS作为一种新型的混合型光电探测器,在继承了传统真空光电探测器增益高、响应快、光谱灵活等优点的基础上,进一步融合了半导体器件分辨率高、数字化输出、功耗低和成本低等一系列优点,将真空器件与半导体器件有机结合,弥补了两者各自的不足,未来在科研和军事领域中应具有较好的应用前景。
4 应用
EBCMOS混合型光电探测器作为新型微弱信号成像探测器件的发展方向,凭借其灵敏度高、响应速度快、增益大、空间分辨率高以及数字化等优势,在生物检测、微光夜视、激光雷达、高能物理和天文观察等诸多领域已取得广泛的应用。
法国核物理研究所(IPNL)使用EBCMOS器件对生物荧光进行了高速成像实现,器件阴极采用了标准的多碱S20阴极,通过对百合花细胞进行生物标记,实现了单个分子的探测追踪,如图5所示,器件工作电压6kV,工作温度10℃,暗计数率水平在100Hz/mm2以下[15]。
EBCMOS器件另一个重要的应用是微光夜视,这也是市场价值最大的一块。目前能够同时满足小型化、极低探测下限、全数字化和低成本探测成像的器件解决方案不多,EBCMOS具有巨大的竞争潜力。在2013年6月和2015年7月,美国陆军先后两次斥资采购Intevac公司基于最新的ISIE11型EBCMOS极微弱光图像传感器的夜视相机,用于AH-64阿帕奇武装直升机,为飞行员在极端黑暗到黄昏过渡期提供清晰图像[16],同时该器件可昼夜全天候工作,输出像素1280×960,最低探测照度在10-5lux量级,成像帧频可达60fps,如图6所示,EBCMOS为微光夜视应用提供了全新的选择。
另外,激光雷达在工作过程中,由于回波信号较弱,需要探测器对极微弱信号实现探测并成像,然而目前并没有哪一种确定的光电探测器完全适合激光雷达的探测需求。从2004年开始,美国陆军实验室(ARL)在第二代FM/CW激光(1.55μm)雷达系统中使用了EBCMOS作为其光电探测器,最终得到激光雷达距离像与强度像[17]。目前,美国Intevac公司针对激光成像雷达应用,基于EBCMOS器件技术已研制出了最新的LIVAR(Laser Illuminated Viewing and Ranging System)M506型门选通短波红外激光雷达相机[16],成像效果如图7所示,相机采用了ISIE6型EBCMOS探测器,成像像素为640×480,阴极为电场辅助光电阴极,在1.55μm波长处量子效量达到了25%,而整个相机的重量仅280g,该相机另外还配有独立的高压模块与热电制冷模块,该系统后被应用在Northrop Grumman公司的LITENING多传感器武器瞄准系统中作为远距离目标识别探测器,最远识别距离可达20km。
5 总结