光电仪器原理与设计郝群电子课件第6章节光电探测器.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 光伏效应 光伏效应 光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象 对应光探测器 光电池 光电二极管 四象限探测器 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 光伏效应器件——光电池 光电池工作原理 光生电势差的大小与光电池接收到的光通量有关，也与外回路电阻大小有关 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 光伏效应器件——光电池 光电池特点 接收面积大 无需外加偏压 响应速度低 光电池工作接近于短路状态时线性较好 应用 电源 光电探测：与人眼光谱灵敏度接近 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 光伏效应器件——光电二极管 光电二极管 外加反偏压下工作的光伏探测器 光电二极管特点 响应速度快 体积小 价格低 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 光伏效应器件——光电二极管 应用实例 墨滴检测系统 用途：喷墨法制作彩色滤光片 背景：液晶显示装置通常需要利用彩色滤光片进行彩色显示。将红、绿、蓝三色按一定图案均匀涂布在透明基板上可形成彩色滤光片。 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 光伏效应器件——光电二极管 应用实例 墨滴检测系统 用途：喷墨法制作彩色滤光片 背景：传统的彩色滤光片普遍采用染色法，颜料分散法及电沉积法等方法制造。近年来，喷墨法由于具有步骤简单、成本较低等优点，开始被人们用于制造彩色滤光片。喷墨系统主要包括至少一个喷头。每个喷头有若干个喷嘴。喷头可使喷嘴喷出红、绿、蓝三种颜色的墨滴，墨滴滴在透明基板上形成相应的着色层。每个喷嘴喷出墨滴的状态由墨滴的一些特征决定，这些特征包括墨滴的形状、频率、尺寸、方向性等。了解了墨滴的状态就可以在使用前对喷墨系统进行实时调整。 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 光伏效应器件——光电二极管 系统结构 * 俯视图 侧视图 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 光伏效应器件——光电二极管 系统结构 激光二极管装置包括激光二极管和透镜模块。激光二极管发出的激光光束经透镜模块聚焦在喷嘴正下方，且在焦点处最大横截面积小于墨滴的最大横截面积。激光光束穿过墨滴后被光电二极管接收，电信号传入信号处理与显示装置，该装置可以是示波器或者模数转换电路板。由于墨滴的形状不一样，其吸收激光的量也不一样，因此从该装置显示的信号形状能大致估计墨滴的形状。 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 光伏效应器件——光电二极管 检测结果 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 光伏效应器件——光电二极管 器件选型 从功能的角度考虑，只要是能进行光强探测的器件都满足要求，因此常见的光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电池、光电二极管及雪崩光电二极管都可以考虑。 不过，由于系统必须真实反映墨滴对激光的吸收程度，因此，对探测器的线性度、灵敏度、响应速度都有一定要求，否则光强曲线的变化与墨滴形状之间的关系将无法一一对应。 这样如光电管（灵敏度低）、光敏电阻（线性度差）、光电池（响应速度慢）之类的器件难以满足要求。其它如光电倍增管、雪崩光电二极管虽然有优越的探测性能，尤其是灵敏度极高，但本系统是常规激光光强探测，没有微弱信号探测方面的需求，没有必要选用这两种器件。 因此，光电二极管以合适的性能和较低的成本成为本系统最佳探测器选择。 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 光伏效应器件——光电二极管 器件选型与参数设计 首先应选择灵敏度较高、响应时间较短的光电二极管。 其次光路设计上，激光二极管装置的透镜模块应使光束在喷嘴正下方焦点处会聚的最大横截面积小于墨滴的直径，才能获得更丰富的信号，同时注意光电二极管与焦点后发散光束的相对位置，务必使得光束的口径在光电二极管的光敏范围以内。 最后，在信号处理电路中应充分考虑光电二极管的最高反向工作电压和伏安特性等，将其输出电压有效表示出来。 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 阵列探测器－CCD、CMOS 应用实例 微型光谱仪 应用背景：物理学、化学、天文学、地理学、地质学、生物学、工学、农学、医学等学科领域。 反射/透射比测量Reflectance / Transmittance Measurement LED测试LED Measurement 激光波长测量Laser Wavelength Measurement 颜色测量Color Metric 拉曼光谱Raman Spectrum 高光谱地物遥感Hyper-Spectral Remote Sensing 太阳模拟器光谱匹配度测试Solar Simulato