光电检测器的检测机制

光电探测器,又称光敏器,主要是作为光接收器,将光转换为电信号。光电探测器可以接收传输的光脉冲,或感应光或其他电磁辐射。

  光电探测器,又称光敏器,主要是作为光接收器,将光转换为电信号。光电探测器可以接收传输的光脉冲,或感应光或其他电磁辐射。如今光电探测器广泛应用于电子通信、工业电子、分析设备、医药保健、汽车和运输等领域。

  根据光检测机制,光电探测器可分为光发射或光电效应、热效应、偏振效应、光化学效应或弱相互作用效应。采用半导体的光电探测器,其工作原理是光照射后产生电子-空穴对。

  光电检测机制

  1887年,海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)发现,电极的紫外线照射更容易产生电火花。

  1900年,马克斯?普朗克(Max Planck)在研究黑体辐射时提出,电磁波携带的能量只能被量化为离散的数据包单位,称为光子或量子。

  阿尔伯特?爱因斯坦(Albert Einstein)提出了上述光能数据包假设,以光电效应的概念来解释实验结果。——光束光子的特征能量与光的频率成正比。当光束照射材料时,如果光子的能量足够高,就会被吸收,使电子从原子键中解放出来,剩余的光子能量则贡献给自由电子的动能。而光子能量太低而不能被吸收的,则会被重新发射。

  然而,如果电子获得的能量超过了材料的逸出功,它就会以光电子的形式射出。虽然发射的光电子的最大动能取决于辐照的频率,但光电子的射出率(或光电流的大小)与入射光的强度成正比。

  除微通道板探测器外,还有一系列光电探测器是基于光电或光发射效应工作的。

  气体电离检测器可检测具有足够能量的光子,使气体原子或分子电离,并可测量因电离产生的电子和离子而产生的电流流。

  光电倍增管或光电管中含有光电阴极,发光时发射电子,从而传导出与光强成正比的电流。当入射的光子使电子过渡到中隙态,然后放松到低频段,从而导致声子的产生和热量的散失,热效应就实现了。

  温度的升高又改变了器件(如热电堆、热释电探测器、低温探测器、螺栓计等)材料的电性能,如其导电性。

  当入射光子改变适当材料的偏振状态,从而调节折射率(即光折射效应)时,就称为偏振效应;这在全息数据存储中得到了利用。

  当入射光子引起材料的化学变化时,光电探测器中的光化学效应就会发生。例如视网膜中的感光细胞或感光板。

  最后,当光子引起二次效应时,就会出现弱相互作用效应,如光子拖动探测器或光声探测器(如Golay电池)中的气体压力变化。

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