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靈敏度高的光電探測器原理以及應用領域
閱讀：1565 發(fā)布時間：2014-4-17
靈敏度高的光電探測器原理是由輻射引起被照射材料電導率發(fā)生改變。光電探測器在軍事和國民經(jīng)濟的各個領域有廣泛用途,。在可見光或近紅外波段主要用于射線測量和探測,、工業(yè)自動控制、光度計量等,；在紅外波段主要用于導彈制導,、紅外熱成像、紅外遙感等方面,。光電導體的另一應用是用它做攝像管靶面,。為了避免光生載流子擴散引起圖像模糊，連續(xù)薄膜靶面都用高阻多晶材料,，如PbS-PbO,、Sb2S3等。其他材料可采取鑲嵌靶面的方法,，整個靶面由約10萬個單獨探測器組成,。
光電探測器工作原理
光電探測器的工作原理是基于光電效應，熱探測器基于材料吸收了光輻射能量后溫度升高,，從而改變了它的電學性能,，它區(qū)別于光子探測器的zui大特點是對光輻射的波長無選擇性,。
光電子發(fā)射器件：光電管與光電倍增管是典型的光電子發(fā)射型（外光電效應）探測器件。其主要特點是靈敏度高,，穩(wěn)定性好,，響應速度快和噪聲小，是一種電流放大器件,。尤其是光電倍增管具有很高的電流增益,，特別適于探測微弱光信號；但它結(jié)構(gòu)復雜,，工作電壓高,，體積較大。
光電倍增管一般用于測弱輻射而且響應速度要求較高的場合,，如人造衛(wèi)星的激光測距儀,、光雷達等。
光電導器件：利用具有光電導效應的半導體材料做成的光電探測器稱為光電導器件,，通常叫做光敏電阻,。在可見光波段和大氣透過的幾個窗口，即近紅外,、中紅外和遠紅外波段，都有適用的光敏電阻,。光敏電阻被廣泛地用于光電自動探測系統(tǒng),、光電跟蹤系統(tǒng)、導彈制導,、紅外光譜系統(tǒng)等,。
硫化鎘CdS和硒化鎘CdSe光敏電阻是可見光波段用得zui多的兩種光敏電阻；硫化鉛PbS光敏電阻是工作于大氣*個紅外透過窗口的主要光敏電阻,，室溫工作的PbS光敏電阻響應波長范圍1.0～3.5微米,，峰值響應波長2.4 微米左右；銻化銦InSb光敏電阻主要用于探測大氣第二個紅外透過窗口,，其響應波長3～5μm,；碲鎘汞器件的光譜響應在8～14 微米，其峰值波長為10.6微米,，與CO2激光器的激光波長相匹配,，用于探測大氣第三個窗口（8～14微米）°
光電探測器分類
光電探測器能把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。根據(jù)器件對輻射響應的方式不同或者說器件工作的機理不同,，光電探測器可分為兩大類：一類是光子探測器,；另一類是熱探測器。
光電探測器按用途來劃分：
手持金屬探測器： zui早應用于機場,，車間,，碼頭,，傳揚，場館的公共安檢,；工業(yè)上主要用于防止企業(yè)含量有金屬萬分的產(chǎn)品流失,；zui近幾年在中國市場也應用在各種考試當要，防止考生作弊,。比如高考,，研究生考試，公務員考試等,。
地下金屬探測器： zui早應用在軍事中的掃雷,；考古中探測文物，探險中的探寶,；地下金屬探測器主要用于金屬材料的探測,，全國擁有一支使用地下金屬探測器探測，挖掘廢舊金屬的探測大軍,。
輸送式金屬探測器：主要用于檢測體積比較小的產(chǎn)品,，以及小型袋裝，箱裝工業(yè)產(chǎn)品,，可以連接生產(chǎn)線,，并實現(xiàn)聯(lián)動。是目前國內(nèi)應用zui多的一類產(chǎn)品,。4）下落式金屬探測器：主要用于檢測粉狀,，小顆粒顆粒狀產(chǎn)品。主要用于塑料,，橡膠行業(yè) ,。
管道式金屬探測器：主要用于檢測糊狀，密封管道的流水線上,。方便檢測剔除管道中的金屬雜質(zhì),主要用于如藥片,、膠囊及顆粒狀（塑料粒子等）、粉末狀物品的檢測,。
真空輸送式金屬探測器：生產(chǎn)要求比較高的真空生產(chǎn)線上,。這類產(chǎn)品對使用環(huán)境要求比較高。主要用于化工行業(yè),。
壓力輸送式金屬探測器：主要用于壓力輸送流水線,，對污染要求比較高的產(chǎn)品.比如醬油，食用油的生產(chǎn)企業(yè),。液態(tài)或粘稠狀物品在罐裝或封裝前檢測,，可以有效提高檢測精度。
平板式金屬探測器:用于檢測片狀,，絲狀等比較薄的產(chǎn)品,，價格比較便宜,，合適小型企業(yè)使用 。
光電探測器應用
光電探測器件的應用選擇,，實際上是應用時的一些事項或要點,。在很多要求不太嚴格的應用中，可采用任何一種光電探測器件,。不過在某些情況下,，選用某種器件會更合適些。例如,，當需要比較大的光敏面積時,，可選用真空光電管，因其光譜響應范圍比較寬,，故真空光電管普遍應用于分光光度計中,。當被測輻射信號微弱、要求響應速度較高時,，采用光電倍增管zui合適,，因為其放大倍數(shù)可達to'以上，這樣高的增益可使其信號超過輸出和放大線路內(nèi)的噪聲分量,，使得對探測器的限制只剩下光陰極電流中的統(tǒng)計變化,。因此，在天文學,、光譜學,、激光測距和閃爍計數(shù)等方面，光電倍增管得到廣泛應用,。
固體光電探測器用途非常廣。CdS光敏電阻因其成本低而在光亮度控制（如照相自動曝光）中得到采用,；光電池是固體光電器件中具有zui大光敏面積的器件,，它除用做探測器件外，還可作太陽能變換器,；硅光電二極管體積小,、響應快、可靠性高,，而且在可見光與近紅外波段內(nèi)有較高的量子效率,，困而在各種工業(yè)控制中獲得應用。硅雪崩管由于增益高,、響應快,、噪聲小，因而在激光測距與光纖通信中普遍采用,。
光電探測器工作原理
光電探測器的工作原理是基于光電效應，熱探測器基于材料吸收了光輻射能量后溫度升高,，從而改變了它的電學性能,，它區(qū)別于光子探測器的zui大特點是對光輻射的波長無選擇性,。
光電子發(fā)射器件：光電管與光電倍增管是典型的光電子發(fā)射型（外光電效應）探測器件。其主要特點是靈敏度高,，穩(wěn)定性好,，響應速度快和噪聲小，是一種電流放大器件,。尤其是光電倍增管具有很高的電流增益,，特別適于探測微弱光信號；但它結(jié)構(gòu)復雜,，工作電壓高,，體積較大。
光電倍增管一般用于測弱輻射而且響應速度要求較高的場合,，如人造衛(wèi)星的激光測距儀,、光雷達等。
光電導器件：利用具有光電導效應的半導體材料做成的光電探測器稱為光電導器件,，通常叫做光敏電阻,。在可見光波段和大氣透過的幾個窗口，即近紅外,、中紅外和遠紅外波段，都有適用的光敏電阻,。光敏電阻被廣泛地用于光電自動探測系統(tǒng),、光電跟蹤系統(tǒng)、導彈制導,、紅外光譜系統(tǒng)等,。
硫化鎘CdS和硒化鎘CdSe光敏電阻是可見光波段用得zui多的兩種光敏電阻；硫化鉛PbS光敏電阻是工作于大氣*個紅外透過窗口的主要光敏電阻,，室溫工作的PbS光敏電阻響應波長范圍1.0～3.5微米,，峰值響應波長2.4 微米左右；銻化銦InSb光敏電阻主要用于探測大氣第二個紅外透過窗口,，其響應波長3～5μm,；碲鎘汞器件的光譜響應在8～14 微米，其峰值波長為10.6微米,，與CO2激光器的激光波長相匹配,，用于探測大氣第三個窗口（8～14微米）°
光電探測器分類
光電探測器能把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。根據(jù)器件對輻射響應的方式不同或者說器件工作的機理不同,，光電探測器可分為兩大類：一類是光子探測器,；另一類是熱探測器。
光電探測器按用途來劃分：
手持金屬探測器： zui早應用于機場,，車間,，碼頭,，傳揚，場館的公共安檢,；工業(yè)上主要用于防止企業(yè)含量有金屬萬分的產(chǎn)品流失,；zui近幾年在中國市場也應用在各種考試當要，防止考生作弊,。比如高考,，研究生考試，公務員考試等,。
地下金屬探測器： zui早應用在軍事中的掃雷,；考古中探測文物，探險中的探寶,；地下金屬探測器主要用于金屬材料的探測,，全國擁有一支使用地下金屬探測器探測，挖掘廢舊金屬的探測大軍,。
輸送式金屬探測器：主要用于檢測體積比較小的產(chǎn)品,，以及小型袋裝，箱裝工業(yè)產(chǎn)品,，可以連接生產(chǎn)線,，并實現(xiàn)聯(lián)動。是目前國內(nèi)應用zui多的一類產(chǎn)品,。4）下落式金屬探測器：主要用于檢測粉狀,，小顆粒顆粒狀產(chǎn)品。主要用于塑料,，橡膠行業(yè) ,。
管道式金屬探測器：主要用于檢測糊狀，密封管道的流水線上,。方便檢測剔除管道中的金屬雜質(zhì),主要用于如藥片,、膠囊及顆粒狀（塑料粒子等）、粉末狀物品的檢測,。
真空輸送式金屬探測器：生產(chǎn)要求比較高的真空生產(chǎn)線上,。這類產(chǎn)品對使用環(huán)境要求比較高。主要用于化工行業(yè),。
壓力輸送式金屬探測器：主要用于壓力輸送流水線,，對污染要求比較高的產(chǎn)品.比如醬油，食用油的生產(chǎn)企業(yè),。液態(tài)或粘稠狀物品在罐裝或封裝前檢測,，可以有效提高檢測精度。
平板式金屬探測器:用于檢測片狀,，絲狀等比較薄的產(chǎn)品,，價格比較便宜,，合適小型企業(yè)使用 。
光電探測器應用
光電探測器件的應用選擇,，實際上是應用時的一些事項或要點,。在很多要求不太嚴格的應用中，可采用任何一種光電探測器件,。不過在某些情況下,，選用某種器件會更合適些。例如,，當需要比較大的光敏面積時,，可選用真空光電管，因其光譜響應范圍比較寬,，故真空光電管普遍應用于分光光度計中,。當被測輻射信號微弱、要求響應速度較高時,，采用光電倍增管zui合適,，因為其放大倍數(shù)可達to'以上，這樣高的增益可使其信號超過輸出和放大線路內(nèi)的噪聲分量,，使得對探測器的限制只剩下光陰極電流中的統(tǒng)計變化,。因此，在天文學,、光譜學,、激光測距和閃爍計數(shù)等方面，光電倍增管得到廣泛應用,。
固體光電探測器用途非常廣。CdS光敏電阻因其成本低而在光亮度控制（如照相自動曝光）中得到采用,；光電池是固體光電器件中具有zui大光敏面積的器件,，它除用做探測器件外，還可作太陽能變換器,；硅光電二極管體積小,、響應快、可靠性高,，而且在可見光與近紅外波段內(nèi)有較高的量子效率,，困而在各種工業(yè)控制中獲得應用。硅雪崩管由于增益高,、響應快,、噪聲小，因而在激光測距與光纖通信中普遍采用,。