光电探测器响应时间的测试

发布时间：2016-05-12 17:07

摘  要:

光电探测器是光电系统的核心组成部分，，其性能直接影响着光电系统的性能。本文通过用探测器的脉冲响应特性测量响应时间，利用探测器的幅频特性确定其响应时间。本文分析了光电探测器的响应度不仅与信号光的波长有关，而且与信号光的调制频率有关，在提出测量探测器响应时间的方法的同时分析了误差的产生原因和解决办法。

关键词：光电探测器；响应时间；示波器

一 绪论

光电系统就是以光波作为信息和能量的载体而实现传感"传输"探测等功能的测量系统。可以认为光电系统是工作于电磁波波谱图上最后一个波段--光频段的电子系统,光电探测器的输出相对于输人的光信号要发生沿时间轴的扩展。扩展的程序可由响应时间来描述。

光电探测器的这种响应落后于作用信号的特性称为惰性。由于惰性的存在，会使先后作用的信号在输出端相互交叠，从而降低了信号的调制度。如果探测器观测的是随时间快速变化的物理量，则由于惰性的影响会造成输出严重畸变。因此，深人了解探测器的时间响应特性是十分必要的。

二 响应时间的测试

2.1 基本原理

表示时间响应特性的方法主要有两种，一种是脉冲响应特性法，另一种是幅频特性法。

脉冲响应：响应落后于作用信号的现象称为弛豫。
我了解到光电探测器在单位阶跃信号作用下的起始阶跃响应函数为〔1-exp(-t/ )，衰减响应函数为exp(-t/ )，我编写Matlab程序并通过Matlab绘制了上升响应时间和下降响应时间的图型。
例如得到的上升响应时间图形为：
 

图2-1：可知上升响应时间
幅频特性：由于光电探测器惰性的存在，使得其响应度不仅与人射辐射的波长有关，而且还是人射辐射调制频率的函数。通常定义光电探测器对正弦光信号的响应幅值同调制频率间的关系为它的幅频特性。

2.2 测试过程

光电探测器时间常数测试实验箱:20M双踪示波器;毫伏表。

在光电探测器时间常数测试实验箱中，提供了需测试两个光电器件:峰值波长为900nm的光电二极管和可见光波段的光敏电阻。所需的光源分别由峰值波长为900nm的红外发光管和可见光(红)发光管来提供。根据需要，光源的驱动电源有脉冲和正弦波两种，并且频率可调。
需要注意的是，示波器记录的时间响应包括三个方面的贡献：探测器的响应时间，电缆传输线和同轴电缆接头的色散以及示波器的分辨时间。
 用脉冲法测量光电二极管的响应时间
 用脉冲法测量光敏电阻的响应时间
 用幅频特性法测量CdSe光敏电阻响应时间
 用截止频率法测量CdSe光敏电阻响应时间

2.3 测试误差分析

考虑到实验仪器有示波器，需要注意的是，示波器记录的时间响应包括三个方面的贡献：探测器的响应时间，电缆传输线和同轴电缆接头的色散以及示波器的分辨时间。

在信号电缆长度较短(<2 m)时，电缆长度对探测器时间响应影响不大。实线—2m；虚线—1m；点线—0.5m
同时示波器带宽对探测器时间响应影响极其显著。带宽，GHz：实线—6；虚线—4；点线—1
 
图2-2：不同带宽示波器时间响应曲线

三  总 结

由于光电探测器输出的电信号都要在时间上落后于作用在其上的光信号，即光电探测器的输出相对于输人的光信号要发生沿时间轴的扩展。所以深人了解探测器的时间响应特性是十分重要。

而表示时间响应特性的方法主要包括有脉冲响应特性法和幅频响应特性法。我们在实验过程中，了解了光电探测器的响应度不仅与光波长有关，也与信号关的调制频率有关，熟悉了测量探测器响应时间的方法。
我们也思考：1.如果要测量响应速度更快的光电探测器响应时间久必须提高光源调整频率，那么还有其他那些方法可以。
2.有没有更加合适的测试器材或者新型的仪器？
通过对误差分析可知，至少在对示波器的选择上，需要选择更为高带宽先进的示波器以减少误差。
3.实验中CdSe光敏电阻在光强度不同的光束照射下的响应时间有没有区别等问题.
同时我们也思考到对测试误差的分析：

考虑到实验仪器有示波器，需要注意的是，示波器记录的时间响应包括三个方面的贡献：探测器的响应时间，电缆传输线和同轴电缆接头的色散以及示波器的分辨时间。

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本文编号：44331