光电探测器有哪些!如何选型

　　要正确选择光电探测器，首先要对探测器的原理和参数有所了解。

　　光探测器按照工作原理和结构，通常分为光电探测器和热电探测器，其中光电探测器包括真空光电器件（光电倍增管等）和固体光电探测器（光电二极管、光导探测器、CCD等）。

　　1.光电探测器

　　光电二极管和普通二极管一样，也是由PN结构成的半导体，也具有单方向导电性，但是在电路中它不作为整流元件，而是把光信号转变为电信号的光电传感器件。

　　普通二极管在反向电压工作时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相较大，以便接收入射光。光电二极管在反向电压工作下的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增加到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换为电信号，称为光电传感器件。

　　2.红外探测器

　　红外探测器的时间常数。PbS探测器时间常数一般为50～500μs，HgCdTe探测器的时间常数在10-6～10-8s量级。红外探测器有时要探测非常微弱的辐射信号，例如10-14 W;输出的电信号也非常小，因此要有专门的前置放大器。

　　◆ 时间常数

　　时间常数表示探测器输出信号随入射光信号变化额速率，τ=1/（2πf）。

　　光电探测器的应用大多集中在红外波段，关于选择红外波段的原因在这里就不再冗余了，需要特别指出的是60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。另外，由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。

　　红外线根据波长可以分为近红外，中红外和远红外。近红外指波长为0.75—3微米的光波，中红是指3—20微米的光波，远红外是指20—1000微米的波段。但是由于大气对红外线的吸收，只留下三个重要的窗口区，即1—3，3—5和8—14可以让红外辐射通过。因为有这三个窗口，所以可以被应用到很多方面，比如红外夜视，热红外成像等方面。 红外探测器的分类：

　　按照工作原理可以分为：红外红外探测器，微波红外探测器，玻璃破碎红外测器，振动红外探测器，激光红外探测器，超声波红外探测器，磁控开关红外探测器，开关红外探测器，视频运动检测报警器，声音探测器等。

　　按照工作方式可以分为：主动式红外探测器和被动式红外探测器。 被动红外探测器是感应人体自身或外界发出的红外线的。主动式红外探测器一般为对射，红外栅栏等，是探测器本身发射红外线。

　　按照探测范围可以分为：点控红外探测器，线控红外探测器，面控红外探测器，空间防范红外探测器。

　　点源是探测元是一个点。用于测试温度，气体分析和光谱分析等 线阵是几个点排成一条线。用于光谱分析等

　　面阵是把很多个点源放在仪器上形成一个面。主要用于成像。

　　各类光电探测器的工作原理、性能特点及主要应用

　　1、光敏电阻：工作原理：在均匀的具有光电导效应的半导体材料的两端加上电极便构成光敏电阻。性能特点：

　　具有体积小，坚固耐用，价格低廉，光谱响应范围宽等优点。主要应用：照明灯的光电控制电路，火焰探测报警器，照相机电子快门。

　　光电导探测器是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。通常，凡禁带宽度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：CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge等;在近红外波段有：PbS、PbSe、InSb、Hg0.75Cd0.25Te等;在长于8μm波段有：Hg1-xCdxTe、PbxSn1-x、Te、Si掺杂、Ge掺杂等;CdS、CdSe、PbS等材料可以由多晶薄膜形式制成光电导探测器。

　　可见光波段的光电导探测器极少用于光谱探测，通常称为光敏电阻。故卓立汉光采用的可见光波段的光探测器通常为PMT和光电二极管。

　　红外波段的光电导探测器 PbS、Hg1-xCdxTe 的常用响应波段在 1～3μm、3～5μm、8～14μm三个大气透过窗口。由于它们的禁带宽度很窄，因此在室温下，热激发足以使导带中有大量的自由载流子，这就大大降低了对辐射的灵敏度。响应波长越长的光，电导体这种情况越显著，其中1～3μm波段的探测器可以在室温工作（灵敏度略有下降）。3～5μm波段的探测器分三种情况：1、‘在室温下工作，但灵敏度大大下降，探测度一般只有1～7×108cm·Hz/W;2、热电致冷温度下工作（约-60℃），探测度约为109 cm·Hz/W;3、77K或更低温度下工作，探测度可达1010 cm·Hz/W以上。8～14μm波段的探测器必须在低温下工作，因此光电导器件通常需要在制冷条件下使用。

　　2、真空型光电管：工作原理：当入射光透过真空型光电管的入射窗照射到光电阴极面上时，光电子就从阴极发射出去，在阴极和阳极之间形成的电场作用下，光电子在极间作加速运动，被高电位的阳极收集。

　　3、充气型光电管： 工作原理：

　　光照生电子在电场的作用下运动，途中与惰性气体原子碰撞而电离，电离又产生新的电子，它与光电子一起都被阳极收集，形成数倍于真空型光电管的光电流 。

　　4、光电倍增管：工作原理：

　　是在光电管基础上研制的一种光电发射器件。

　　光电倍增管（PMT）是一种具有极高灵敏度的光探测器件，同时还有快速响应、低噪声、大面积阴极（光敏面）等特点。

　　典型的光电倍增管，在其真空管中，包括光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极（阳极）的器件。当光照射光阴极，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，通过进一步的二次发射得到倍增放大;放大后的电子被阳极收集作为信号输出（模拟信号输出）。因为采用了二次发射倍增系统，光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。

　　从接受入射光方式上来分，光电倍增管有侧窗型（Side-on）和端窗型（Head-on）两种结构。

　　侧窗型的光电倍增管，从玻璃壳的侧面接收入射光，而端窗型光电倍增管是从玻璃壳的顶部接收入射光。通常情况下，侧窗型光电倍增管价格较便宜，并在分光光度计和通常的光度测定方面有广泛的使用。大部分的侧窗型光电倍增管使用了不透明光阴极（反射式光阴极）和环形聚焦型电子倍增极结构，这使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。

　　端窗型（也称作顶窗型）光电倍增管在其入射窗的内表面上沉积了半透明光阴极（透过式光阴极），使其具有优于侧窗型的均匀性。端窗型光电倍增管的特点还包括它拥有从更大面积的光敏面（几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极）。端窗型光电倍增管中还有针对高能物理实验用的，可以广角度捕集入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。

　　由于外加电压的变化会引起光电倍增管增益的变化，对输出的影响很大，因此对供给光电倍增管的工作电源电压要求较高，必须有极好的稳定性。卓立汉光的HVC系列高压稳压电源，其稳定性能达到±0.03%/h，非常适合作为光电倍增管高压电源。

　　同时需要注意的是，由于光电倍增管增益很大，一般情况不允许加高压时暴露在日光下测量可见光，以免造成损坏，作为光探测器使用时，需要将光电倍增管进行密封。卓立汉光所提供的光电倍增管封装严格按照要求进行封装，保证客户的正常安全使用。

　　另外，光电倍增管受温度影响很大，降低光电倍增管的使用环境温度可以减少热电子发射，从而降低暗电流。特别是在使用长波（近红外波段，俗称红敏）光电倍增管时，应当严格控制光电倍增管的环境温度。此外，大多数的光电倍增管会受到磁场的影响。磁场会使电子脱离预定轨道而造成增益的减少。因而影响到光电倍增管的工作效率。因此，光电倍增管的封装要特别注意进行电磁屏蔽;卓立汉光提供的光电倍增管均进行了有效地电磁屏蔽。

　　

　　特点： 光电倍增管具有极高的光电灵敏度、极快的响应速度、极低的暗电流和低噪声，还能够在很大范围内调整内增益。应用：在微光探测、快速光子计数和微光时域分析等领域得到广泛的应用。

　　5、硅光电二极管：（b）

　　光电二极管的工作原理主要基于光生伏特效应。

　　光生伏特效应是半导体材料吸收光能后，在PN结上产生电动势的效应。

　　

　　6、雪崩光电二极管：它利用光生载流子在强电场内的定向运动，产生的雪崩效应获得光电流的增益。特点：具有内增益的探测器，噪声比一般光电二极管要大些。应用：有助于微弱光信号的探测。

　　7、硅光电池：工作原理：如图3-10所示，当光作用于PN结时，耗尽区内的光生电子与空穴在内建电场力的作用下分别向N区和P区运动，在闭合的电路中将产生输出电流IL，且负载电阻RL上产生电压降为U。

　

　　8、光电三极管 ：光电三极管的工作原理分为两个过程：一是光电转换；二是光电流放大

　　

　　9、色敏光生伏特器件

　　10、光电位置敏感器件（PSD）：当光入射到PSD光敏层上距中心距离为xA时，

　　在入射位置上产生与入射辐射成正比的信号电荷，此电荷形成的光电流通过电阻p型层分别由电极1与2输出。

　　11、热敏电阻：工作原理：依据某些材料吸收入射辐射产生升温而引起电阻改变。特点：①热敏电阻的温度系数大，灵敏度高；②结构简单，体积小。③电阻率高，热惯性小，适宜做动态测量。④阻值与温度的变化关系呈非线性。 ⑤稳定性好。

　　12、测辐射热电偶：是利用物质温差产生电动势的效应探测入射辐射的。

　　13、热释电器件：工作原理：热释电器件是一种利用热释电效应制成的热探测器件。特点：光谱响应范围宽，对于从紫外到毫米量级的电磁辐射几乎都有平坦的响应，而且响应度都很高，但响应速度较低。

　           热释电型红外探测器是由具有极化现象的热释电晶体（铁电体）制作而成的。其所探测的辐射必须是变化的;对于恒定的红外辐射，必须进行调制（斩光），使恒定 辐射变成交变辐射，借以不断引起探测器的温度变化才能导致热释电产生，并输出相应的电信号。

    在光电测试系统中，需要根据实际需要来选择各种探测器，特别要关注如下几个方面的问题：

　　1、实际光谱测量范围，这是选择光探测器首先要注意的问题;

　　2、光电倍增管是高灵敏的探测器，使用波长范围受限（通常到900nm，部分型号可得到1000nm以上，但价格通常很贵），而且使用时要求配套高稳定性的高压电源;

　　3、光伏型探测器具有响应快、灵敏度高的特点，使用时一般可不需要锁相放大器，探测微弱信号时可选用锁相放大器以提高信噪比;

　　4、光导型探测器响应较慢，使用时要求信号光必须调制，并且需要搭配锁相放大器进行信号检出，同时要注意调制频率的选择;

　　5、探测器选择时尤其需要注意选择配套的前置放大器，才能更大限度的发挥探测器的探测效率;

　　6、选择TE制冷型探测器时，还要注意对应的温控器选择，探测器、温控器及前置放大器均需根据需要单独选择;

　　7、红外探测器通常需要制冷和配合锁相放大器使用。

　　光电传感器选型需要哪些主要参数？

　　1、产品认证、防护等级、运行温度等

　　2、应用领域

　　1）普通应用

　　2）用于颜色标识（XUYDCF、XU*C）

　　3）用于探测和计算物件个数（XUVF）

　　4）用于测量透明物体、水基溶液和水平面（XU*T、XUMW）

　　5）用于探测标记和包装标签、（XUVK、XUKR、XURK、XUYFA98、XU5M、XURU）

　　6）叉形传感器

　　7）用于长距离探测（XU2）

　　8）食品工业（CUB0S*、XU*N18、XUK*SPSMM12）等等

　　3、检测方式

　　1）漫反射

　　2）带背景抑制的漫反射

　　3）反射

　　4）极化反射

　　5）对射

　　4、额定感应距离（根据现场情况缩短距离）

　　5、外观和材质。塑料、金属、圆柱形、方形

　　6、接线方式：三线制和五线制

　　7、功能：N/O、N/C、N/O+N/C

　　8、输出：固态输出（PNP/NPN）、继电器输出（五线制）、模拟量输出

　　9、连接方式：螺钉端子、连接器、成型电缆

　　10、附件。对射附件、反光板、安装支架等