分类

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）
 

光电倍增管（PHOTOMULTIPLIER TUBES，PMT）
 

光电倍增管（PMT）是一种具有极高灵敏度的光探测器件，具备快速响应、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。
 

光电倍增管分类
 

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。
 

光电倍增管选配注意事项
 

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；卓立汉光提供光电倍增管均考虑到这一问题，并有效进行了电磁屏蔽。
 

光电二极管
 

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。
 

光电导探测器（Photoconductive Detector）
 

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1010cm·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。
 

红外探测器的时间常数。PbS 探测器的时间常数一般为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。
 

热释电探测器（Pyroelectric Detector）
 

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。
 

热释电探测器与之前的光电器件相比具有如下特点：
 

无选择性：响应率与波长无关
 

响应慢
 

CCD

CCD基础原理

CCD，是英文Charge Coupled Device 即电荷耦合器件的缩写，它是在MOS 晶体管电荷存储器的基础上发展起来的， *突出的特点是以电荷作为信号，而不是以电流或电压作为信号的。
 

在P 型或N 型硅单晶的衬底上生长一层厚度约为120~150nm 的SiO2 层，然后按一定次序沉积m 行n 列个金属电极或多晶硅电极作为栅极，栅极间隙约2.5μm，于是每个电极与其下方的SiO2 和半导体间构成了一个MOS 结构，这种结构再加上输入、输出结构就构成了m×n 位CCD（m ＞ 1， n ≥ 1）；当n=1 时，CCD 器件被称为线阵CCD ；当n ＞ 1 时, 则为面阵CCD。
 

CCD 按受光方式可分为前感光和背感光两种。前感光CCD 由于正面布置着很多电极，光经电极反射和散射，不仅使得响应度大大减低（量子效率通常低于50%），也因为多次反射产品的干涉效应使光谱响应曲线出现马鞍形的起伏；背感光CCD 由于避免了上述问题，因而响应度大大提高，量子效率可达到80% 以上。（如图示）。
 

CCD重要参数
 

量子效率：量子效率是表征CCD 芯片对不同波长的光信号的光电转换本领的高低，是CCD 的一个重要参数。
 

动态范围：一般定义动态范围是满阱容量与噪声的比值。增大动态范围的途径是降低暗电流和噪声，如采用制冷型CCD，或选择量子效率更高、像素尺寸更大的CCD。
 

噪声：CCD 的噪声包含信号噪声、读出噪声和热噪声。信号噪声是指信号的随机噪声。 读出噪声是电荷转移时产生的噪声，它发生在每次电荷转移过 程中，因此与读取的速度有关，读取速度越快，读出噪声也越高。热噪声是温度引起的噪声，温度越低，热噪声越小。
 

分辨率：面阵CCD 的分辨率一般是指空间分辨率，它主要取决于CCD 芯片的象元数和像素大小。当CCD 与光谱仪配合使用来进行光谱摄制时，其光谱分辨率则与光谱仪的光学色散能力以及CCD 芯片的像素大小都有关系。
 

线性度：线性度是表征CCD 芯片中的不同像元对同一波长的输入信号，其输出信号强度与输入信号强度成比例变化的一致性。
 

读出速度（帧数）读出速度是用来表征单位时间内处理数据速度的快慢的参数。读出速度越快，单位时间内获得的信息越多；但同时要注意， 读出速度越快，读出噪声越高。
 

制冷方式：CCD 的制冷方式主要有半导体（TE）制冷和液氮制冷。