發(fā)布時間：2016-05-12 17:07

摘  要:

光電探測器是光電系統(tǒng)的核心組成部分，，其性能直接影響著光電系統(tǒng)的性能。本文通過用探測器的脈沖響應(yīng)特性測量響應(yīng)時間，利用探測器的幅頻特性確定其響應(yīng)時間。本文分析了光電探測器的響應(yīng)度不僅與信號光的波長有關(guān)，而且與信號光的調(diào)制頻率有關(guān)，在提出測量探測器響應(yīng)時間的方法的同時分析了誤差的產(chǎn)生原因和解決辦法。

關(guān)鍵詞：光電探測器；響應(yīng)時間；示波器

一 緒論

光電系統(tǒng)就是以光波作為信息和能量的載體而實(shí)現(xiàn)傳感"傳輸"探測等功能的測量系統(tǒng)�？梢哉J(rèn)為光電系統(tǒng)是工作于電磁波波譜圖上最后一個波段--光頻段的電子系統(tǒng),光電探測器的輸出相對于輸人的光信號要發(fā)生沿時間軸的擴(kuò)展。擴(kuò)展的程序可由響應(yīng)時間來描述。

光電探測器的這種響應(yīng)落后于作用信號的特性稱為惰性。由于惰性的存在，會使先后作用的信號在輸出端相互交疊，從而降低了信號的調(diào)制度。如果探測器觀測的是隨時間快速變化的物理量，則由于惰性的影響會造成輸出嚴(yán)重畸變。因此，深人了解探測器的時間響應(yīng)特性是十分必要的。

二 響應(yīng)時間的測試

2.1 基本原理

表示時間響應(yīng)特性的方法主要有兩種，一種是脈沖響應(yīng)特性法，另一種是幅頻特性法。

脈沖響應(yīng)：響應(yīng)落后于作用信號的現(xiàn)象稱為弛豫。
我了解到光電探測器在單位階躍信號作用下的起始階躍響應(yīng)函數(shù)為〔1-exp(-t/ )，衰減響應(yīng)函數(shù)為exp(-t/ )，我編寫Matlab程序并通過Matlab繪制了上升響應(yīng)時間和下降響應(yīng)時間的圖型。
例如得到的上升響應(yīng)時間圖形為：
 

圖2-1：可知上升響應(yīng)時間
幅頻特性：由于光電探測器惰性的存在，使得其響應(yīng)度不僅與人射輻射的波長有關(guān)，而且還是人射輻射調(diào)制頻率的函數(shù)。通常定義光電探測器對正弦光信號的響應(yīng)幅值同調(diào)制頻率間的關(guān)系為它的幅頻特性。

2.2 測試過程

光電探測器時間常數(shù)測試實(shí)驗箱:20M雙蹤示波器;毫伏表。

在光電探測器時間常數(shù)測試實(shí)驗箱中，提供了需測試兩個光電器件:峰值波長為900nm的光電二極管和可見光波段的光敏電阻。所需的光源分別由峰值波長為900nm的紅外發(fā)光管和可見光(紅)發(fā)光管來提供。根據(jù)需要，光源的驅(qū)動電源有脈沖和正弦波兩種，并且頻率可調(diào)。
需要注意的是，示波器記錄的時間響應(yīng)包括三個方面的貢獻(xiàn)：探測器的響應(yīng)時間，電纜傳輸線和同軸電纜接頭的色散以及示波器的分辨時間。
 用脈沖法測量光電二極管的響應(yīng)時間
 用脈沖法測量光敏電阻的響應(yīng)時間
 用幅頻特性法測量CdSe光敏電阻響應(yīng)時間
 用截止頻率法測量CdSe光敏電阻響應(yīng)時間

2.3 測試誤差分析

考慮到實(shí)驗儀器有示波器，需要注意的是，示波器記錄的時間響應(yīng)包括三個方面的貢獻(xiàn)：探測器的響應(yīng)時間，電纜傳輸線和同軸電纜接頭的色散以及示波器的分辨時間。

在信號電纜長度較短(<2 m)時，電纜長度對探測器時間響應(yīng)影響不大。實(shí)線—2m；虛線—1m；點(diǎn)線—0.5m
同時示波器帶寬對探測器時間響應(yīng)影響極其顯著。帶寬，GHz：實(shí)線—6；虛線—4；點(diǎn)線—1
 
圖2-2：不同帶寬示波器時間響應(yīng)曲線

三  總 結(jié)

由于光電探測器輸出的電信號都要在時間上落后于作用在其上的光信號，即光電探測器的輸出相對于輸人的光信號要發(fā)生沿時間軸的擴(kuò)展。所以深人了解探測器的時間響應(yīng)特性是十分重要。

而表示時間響應(yīng)特性的方法主要包括有脈沖響應(yīng)特性法和幅頻響應(yīng)特性法。我們在實(shí)驗過程中，了解了光電探測器的響應(yīng)度不僅與光波長有關(guān)，也與信號關(guān)的調(diào)制頻率有關(guān)，熟悉了測量探測器響應(yīng)時間的方法。
我們也思考：1.如果要測量響應(yīng)速度更快的光電探測器響應(yīng)時間久必須提高光源調(diào)整頻率，那么還有其他那些方法可以。
2.有沒有更加合適的測試器材或者新型的儀器？
通過對誤差分析可知，至少在對示波器的選擇上，需要選擇更為高帶寬先進(jìn)的示波器以減少誤差。
3.實(shí)驗中CdSe光敏電阻在光強(qiáng)度不同的光束照射下的響應(yīng)時間有沒有區(qū)別等問題.
同時我們也思考到對測試誤差的分析：

考慮到實(shí)驗儀器有示波器，需要注意的是，示波器記錄的時間響應(yīng)包括三個方面的貢獻(xiàn)：探測器的響應(yīng)時間，電纜傳輸線和同軸電纜接頭的色散以及示波器的分辨時間。

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