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光电探测器能把光信号转换为电信号,根据光电探测器对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同,光电探测器可分为两大类:一类是光子探测器;另一类是热探测器。
Z早用来探测可见光辐射和红外辐射的光电探测器是热探测器。其中,热电偶早在1826年就已发明出来。1880年又发明了金属薄膜测辐射计。1947年制成了金属氧化物热敏电阻测辐射热计。1947年又发明了气动探测器。经过多年的改进和发展,这些光电探测器日趋完善,性能也有了较大的改进和提高。
从20世纪50年代开始人们对热释电探测器进行了一系列研究工作,发现它具有许多独特的优点,一度使这个领域研究很活跃。但是,与光子探测器相比,这些光电探测器的探测率仍较低,时间常数也较大。
应用广泛的光子探测器,除了发展Z早、技术上也Z成熟、响应波长从紫光到近红外的光电倍增管以外,硅和锗材料制作的光电二极管、铅锡、Ⅲ~Ⅴ族化合物、锗掺杂等光电探测器,目前均已达到相当成熟的阶段,主要性能已接近理论极限。
1970年以后又出现了一种利用光子牵引效应制成的光子牵引探测器。其主要用于CO2激光的探测。八十年代中期,出现了利用掺杂的GaAs/AlGaAs材料、基于导带跃迁的新型光探测器——量子阱探测器。这种器件工作于8~12μm波段,工作温度为77K。
现在,光电探测器的发展主要集中在红外,已开始研制第三代红外探测器,并提出了第三代红外热像仪的概念,主要是双色或三色高性能、高分辨率、制冷型热像仪和智能焦平面阵列探测器。因此红外探测技术较长远的发展趋势是开发出第三代。
由于红外光电探测器技术的不断完善,从光电探测器芯片上提升技术已相当困难。为进一步提高性能,人们现在把注意力转到红外光电探测器的信号读出集成电路(ROIC)上。随着计算机技术和集成电路的发展,ROIC已有很大的进展,中规模的红外焦平面阵列和相应的读出电路在20世纪90年代已形成生产规模。
现在发达国家正在研制用于大规模焦平面阵列(三代器件)、有多种功能的ROIC和智能化焦平面阵列。智能化焦平面阵列是片上处理系统,在光敏芯片上模仿动物的视网膜功能,对光-电转换后的信号作预处理,然后再输出数据。这个过程虽然不属于直接接收光信号的过程,但对光电探测器的综合性能有极大影响。
光电探测器的diyi种分类:
按照光电探测器件的物理效应可分为两类:一类是利用各种光电效应的光子探测器,另一类是利用温度变化效应的热探测器;
1、光子探测器
光子探测器的工作原理是基于光电效应,入射的光子和材料中的电子发生相互作用,若产生的光电子逸出材料表面,则称为外光电效应;若产生了被束缚在材料内的自由电子或空穴,则称为内光电效应。
①外光电效应:光子发射效应;
②内光电效应:光电导效应,光生伏应,光磁电效应。
2、热探测器
热探测器的工作原理是光热效应,材料吸收光辐射后可以产生温差电效应、电阻率变化效应、自发极化强度的变化效应、气体体积和压强的变化效应等等,利用这些效应可制作各种热探测器。常用的光热效应有:热释电效应,温差效应,测辐射热效应。
光电探测器的第二种分类:
按照光电探测器件的空间分辨率也可分为两类:一类是成像器件,另一类是非成像器件。
1、成像器件
利用光电探测器,构成图像传感器,对可见光或者红外光谱进行测量,形成光学图像以供处理。主要有CCD和CMOS,广义上,眼睛也属于这类探测器。
2、非成像器件
所有除成像器件以外的光电探测器件均可称为非成像器件,各种热探测器和大部分光子探测器均属于这一类。
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