光电探测器范文
时间：2023-03-21 14:03:12
光电探测器范文第1篇
关键词:光电探测器 光电导效应 光电导器件
光电探测器是一种利用半导体材料的光电导效应制成的能够将光辐射转换成电量的器件,它利用这个特性可以进行显示及控制的功能。光探测器可以代替人眼,由于具有光谱响应范围宽的特点,光探测器亦是人眼的一个延伸。光电探测器利用被照射材料由于辐射关系电导率发生改变的物理特点,在红外波段中的应用主要在红外热成像、导弹制造及红外遥感等一些方面;在可见光或近红外波段中的应用主要在在工业自动控制、光度计量及射线测量和探测等方面。随着电子科学技术的日趋成熟,光电探测器的应用将更加广泛。
1、光电探测器的发展
1873年,英国W.史密斯发现硒的光电导效应,但是这种效应长期处于探索研究阶段,未获实际应用。第二次世界大战以后,随着半导体的发展,各种新的光电导材料不断出现。在可见光波段方面,到50年代中期,性能良好的硫化镉、硒化镉光敏电阻和红外波段的硫化铅光电探测器都已投入使用。60年代初,中远红外波段灵敏的Ge、Si掺杂光电导探测器研制成功,典型的例子是工作在3～5微米和8～14微米波段的Ge:Au(锗掺金)和Ge:Hg光电导探测器。60年代末以后,HgCdTe、PbSnTe等可变禁带宽度的三元系材料的研究取得进展。
在60年代初以前还没有研制出适用的窄禁带宽度的半导体材料,因而人们利用非本征光电导效应。Ge、Si等材料的禁带中存在各种深度的杂质能级,照射的光子能量只要等于或大于杂质能级的离化能,就能够产生光生自由电子或自由空穴。非本征光电导体的响应长波限λ由下式求得λc=1.24/Ei式中Ei代表杂质能级的离化能。
到60年代中后期,Hg1-xCdxTe、PbxSn1-xTe、PbxSn1-xSe等三元系半导体材料研制成功,并进入实用阶段。它们的禁带宽度随组分x值而改变,例如x=0.2的HG0.8Cd0.2Te材料,可以制成响应波长为 8～14微米大气窗口的红外探测器。
2、光电探测器的工作原理
光电探测器的工作原理是基于光电效应,热探测器基于材料吸收了光辐射能量后温度升高,从而改变了它的电学性能,它区别于光子探测器的最大特点是对光辐射的波长无选择性。
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,它光是内光电效应的一种。当照射的光子能量hv等于或大于半导体的禁带宽度Eg时,光子能够将价带中的电子激发到导带,从而产生导电的电子、空穴对,这就是本征光电导效应。这里h是普朗克常数,v是光子频率,Eg是材料的禁带宽度(单位为电子伏)。因此,本征光电导体的响应长波限λc为λc=hc/Eg=1.24/Eg(μm)式中c为光速。本征光电导材料的长波限受禁带宽度的限制。
光电导器件:利用具有光电导效应的半导体材料做成的光电探测器称为光电导器件,通常叫做光敏电阻。在可见光波段和大气透过的几个窗口,即近红外、中红外和远红外波段,都有适用的光敏电阻。光敏电阻被广泛地用于光电自动探测系统、光电跟踪系统、导弹制导、红外光谱系统等。
光电子发射器件:光电管与光电倍增管是典型的光电子发射型(外光电效应)探测器件。其主要特点是灵敏度高,稳定性好,响应速度快和噪声小,是一种电流放大器件。尤其是光电倍增管具有很高的电流增益,特别适于探测微弱光信号;但它结构复杂,工作电压高,体积较大。光电倍增管一般用于测弱辐射而且响应速度要求较高的场合,如人造卫星的激光测距仪、光雷达等。
硫化镉CdS和硒化镉CdSe光敏电阻是可见光波段用得最多的两种光敏电阻;硫化铅PbS光敏电阻是工作于大气第一个红外透过窗口的主要光敏电阻,室温工作的PbS光敏电阻响应波长范围1.0～3.5微米,峰值响应波长2.4微米左右;锑化铟InSb光敏电阻主要用于探测大气第二个红外透过窗口,其响应波长3～5μm;碲镉汞器件的光谱响应在8～14 微米,其峰值波长为10.6微米,与CO2激光器的激光波长相匹配,用于探测大气第三个窗口(8～14微米)。
3、光电探测器的结构
第一支InGaAs光电探测器在1978年就被报道,略晚于第一支InGaAsP光电探测器。这些探测器都可以通过改变组分含量从而达到需要的波长响应,一种典型的InGaAsP光电探测器结构图如下图所示:
图 一种典型的InGaAsP光电探测器结构图
利用异质结构以In0 6qGa0 31As0 66P0 34作为本征吸收层,以In0.7:Ga0.22As0.47P0.53为P型表面入射窗,得到了峰值响应波长为1.36 gm的窄的频谱响应。为了制作方便,一股将这种光电探测器做成台面结构。
InGaAsP光电探测器中,表面钝化层、载流子产生复合及隧穿等都会引起暗电流。通过优化表面钝化层可以使表面漏电流密度小到IlA/cm量级。
s.R.Forrestt等人指出,在较低偏压下载流子产生复合对暗电流起主导作用,只有当偏压大于100V时隧穿电流才变得显著。即使由产生复合引起的小的暗电流也会对光电探测器灵敏度产生不利影响,因此应合理设计结构使暗电流最小。
为了制作方便,将这种光电探测器做成台面结构,包括外延生长,扩散及离子注入等方法。然而这些台面不利于集成,难以实现光电子集成回路(OEIC),因此人们又做出了各种平面结构,这些平面结构类似于上图所示,同时这种平面结构有助于因表面漏电流引起的暗电流。
4、光电探测器的种类
光电探测器的分类有好多种,根据器件工作原理的不同或者根据器件对辐射响应方式的不同,光电探测器一般分为两大类,一种是热探测器,还有一种是光子探测器。
光电探测器范文第2篇
【关键词】量子光电探测器；读出电路；噪声；信噪比；探测率
1.引言
目前工业、医疗、天文和军事对近红外探测和成像有大量需求[1-4]，本文介绍了一种响应近红外的新型高增益GaAs/InGaAs量子光电探测器。首先测试和讨论了探测器的I-V特性，探测器偏压为-1.5V时响应率大于10A/W，响应率随光照功率增大减小。针对探测器特性和探测器阵列规模设计了2×8元读出电路，探测器和读出电路对接后的样品工作在77K条件下。探测器偏压为-1.5V，积分时间为200μs时探测器率达到1.38×1010cmHz1/2/W，达到实际应用的要求。为验证探测器和读出电路及对接样品的实用性，最后设计了数据采集卡和成像系统，给出了测试结果。
2.探测器和读出电路
2.1 探测器
探测器的I-V特性可以为读出电路设计提供重要依据，为此在光电测试平台采用keithley 4200-SCS半导体特性测试仪测试探测器特性。探测器阵列为2×8元，单元探测器面积为80×80μm。测试过程中作为公共电极的衬底电位固定，扫描单元探测器一端的电压。
图1是器件的I-V特性，与QWIP器件不同，特性曲线明显非对称。探测器有一个-0.8V的阈值电压，探测器偏压大于-0.8V后响应电流迅速增大，在-0.8V～-3V区间相应电流随偏压变化缓慢。正向偏置时探测器响应电流相对较小。测试得77K，-1.5V时探测器暗电流小于10-13A，暗电流较小有利于降低噪声，提高探测率和信噪比。C-V特性测得探测器的电容约7.5pF。
图2是不同光照功率时探测器的响应率，结果显示探测器的响应率远大于1A/W，偏压为-1V时响应率大于10A/W，说明探测器量子效率和光电增益较大。测试结果还显示探测器的响应率随光照功率增大减小，这个特性有利于提高成像系统的动态范围。
探测器的工作偏压对焦平面工作有重要影响，需要仔细选择和严格控制。
图3显示探测器偏压为-1V时动态阻抗较大，大动态阻抗表示探测器响应电流随工作偏压变化较小，降低了探测器工作偏压的稳定性要求，提高了探测器阵列响应的一致性。因此探测器阵列与读出电路对接后选择-1V为工作电压。
2.2 读出电路
根据探测器特性设计读出电路，结构如图4所示，包括行选开关、电容互阻放大器（CTIA）、相关双采样电路（CDS）、列选开关和输出缓冲器。采用CTIA结构为列放大器可以稳定探测器工作偏压，提高注入效率和线性度，CDS电路可以抑制固定图形噪声。
读出电路工作过程如下：首先选通一行探测器与CTIA列放大器连接，然后列放大器复位，使积分电容放电，探测器上电极的电位复位到复位电位。复位后列放大器开始积分，CDS电路采样和保持列放大器的复位信号和积分信号。最后在列选开关的控制下依次选通采样保持电路，通过输出缓冲器依次输出八个探测器积分信号。接着重复上面的读出过程，开始另一行探测器的读出。
3.测试结果
3.1 探测器阵列与读出电路对接测试
采用CSMC 0.6μm DPDM工艺设计并流片2×8读出电路，CTIA积分电容设计为6pF。通过Si转接基板实现读出电路与2×8元探测器阵列对接，如图5所示。对接样品安装在杜瓦内加液氮制冷后固定在光学平台上，采用He-Ne激光器作为光源，发出的光经过衰减聚焦照射到器件表面。电路的工作电源和各个模拟电压通过外部测试电路提供，测试中探测器单元电极电位设定为2.5V，公共电极设定为3.5V，探测器工作电压为-1V。
图6显示了光照功率为117nW，积分时间从20μs变化到200μs时读出电路输出电压的变化，结果读出电路的线性度好于99.5%，输出信号摆幅为2V，电荷容量为7.5×107。输出电压与光照功率的关系如7所示，光照功率大于800nW时读出电路饱和。
探测器阵列与读出电路对接后测试得噪声特性如图8所示，噪声随积分时间增大减小，平均噪声为0.91mV，对接后样品的信噪比为67dB。噪声的特性与读出电路输入端探测器和列放大器工作频率相关，输入端探测器工作频率为1/2Tint[2]。当积分时间增大，探测器和列放大器的工作频率下降，减小了噪声带宽，读出电路的输出噪声减小，因此延长积分时间有利于提高焦平面的探测率。图9是探测率与积分时间的关系，随积分时间增大，噪声减小，因此探测率增大。探测器偏压为-1.5V，积分时间为200μs时探测器率达到1.38×1010cmHz1/2/W，达到实际应用的要求，为进一步大面阵读出电路和探测器阵列的研制提供了依据。
3.2 数据采集与成像系统
为了验证对接后样品的工作性能，进一步设计了数据采集电路和成像系统，系统框图如图10所示。系统包括stm32处理器、上位机和显示器、对接后的焦平面阵列和光电测试平台。Stm32处理器输出读出电路驱动控制信号，并利用自身集成的ADC完成读出电路输出模拟信号的数字化，然后通过USB接口把数字化的信号传输到上位机。通过VisualStudio6.0设计可视化图形界面，用灰度图显示表示16个探测器单元的响应。
图11分别给出了弱光条件和强光条件时2×8焦平面输出波形和灰度图显示。探测器工作偏压为-1.5V，积分时间为100μs，当光照较弱时输出电压较小，16探测器单元显示的相应的点亮度较低，光照较强时，相应点的显示亮度变亮。
4.结论
测试分析了一种新型量子光电探测器特性，探测器有一个-0.8V的阈值电压，偏压大于阈值电压后器件响应率远大于1A/W，且响应率随光照功率增大减小。2×8探测器阵列与设计的读出电路通过Si基板对接，对接后的焦平面阵列线性度好于99.5%，信噪比达到67dB，探测器偏压为-1.5V，积分时间为200μs时探测器率达到1.38×1010cmHz1/2/W，达到实际应用的要求。采用设计的数据采集卡和成像系统验证了对接样品的实用性，为进一步大面阵读出电路和探测器阵列的研制提供了有益的参考。
参考文献
[1]Peng Hongling，Zhang Hao and Zheng Houzhi，et al.Performance of 1064nm RCE Photodetectors，Chinese journal of semiconductors，Vol.26，NO.8，Aug.2005，pp1605-1609.
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光电探测器范文第3篇
关键词：光敏探测器；光电二极管；雪崩二极管
0 引言
在光电子系统中，最关键也是最重要的就是作为它的“眼睛”的部件，也就是光电探测器。它的优点是它非常灵敏，同时也具有人眼所不具有的对图像的记忆、储存、输出以及显示记录的功能，但是同时其缺点也非常明显，其一是由于自身原理的问题，它的光谱响应范围仅限于400nm到760nm，但是对于波长在该范围之外的紫外光和红外光一般不能响应；其二是由于“眼睛”的视觉暂留现象，对于高频信号不能清楚分辨。
光电探测器种类繁多，从原则上说只要在受到光照之后其物理性质变化的材料都可以用来制作光电探测器。现在最广泛使用的光电探测器是利用光电效应进行工作的，光电效应又分为内光电效应和外光电效应：常见的光电管和光电倍增管是利用外光电效应工作的，即是由入射光子打在阴极材料上将其内部电子轰击出来形成光电流，从而通过入射光强的改变进而检测光信号；一些典型的半导体光电器件则是利用内光电效应来实现的，其是通过将光电材料内部的电子从低能态激发到高能态，从而激发出一个电子空穴对，称为光生电子空穴对，通过检测出它对半导体光电材料导电性能的改变，就可以检测出光信号的改变[1]。
外光电效应和内光电效应的产生都是取决于入射光的波长λ和频率υ，即光子能量E只与频率υ有关，
式中h为普朗克常量。要能产生光电效应，每个光子的能量必须高于一定的数值，波长越短，即频率越高，则每个光子的能量也就越大，越容易产生光电效应。
目前广泛使用的光电探测器是光电二极管和雪崩光电二极管，它们都是由半导体材料制作而成的。内光电效应就发生在导带和价带之间，价带中的电子吸收了入射光子的能量后被激发到导带中，会在导带中产生一个能自由运动的电子并且在价带中产生一个空穴。空穴在价带中的能量高于在导带中的能量，在价带中也可以自由运动，所以当入射光子在半导体内激发产生光生电子空穴对的时候，就会改变半导体的导电性能[2]。
原理如下图1：
1光电二极管简介
1.1 工作原理
光电二极管是一种能将光信号变成电信号的半导体器件，核心部分是一个PN结。与普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，其PN结的面积尽量做的大一些，电极面积尽量小一些，并且PN结的结深很浅，一般小于1微米。
光电二极管一般都是在反向电压作用之下工作的。在没有光照时，反向电流很小，叫做暗电流；当有光照时，携带能量的光子在进入PN结之后，会把自身的能量传给共价键上的束缚电子，使得部分电子挣脱共价键，从而产生电子空穴对，被称为光生载流子。
光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光电二极管和普 通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。光电三极管 除具有光电转换的功能外，还具有放大功能，在电路图中文字符号一般为VT。光电三极管因输入信号为光信号，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。同光电 二极管一样，光电三极管外壳也有一个透明窗口，以接收光线照射[3]。
光电二极管工作V-I曲线如图2：
1.2 主要性能参数
（1）响应率
响应特性也可以表达为量子效率，即光照产生的载流子数量与突发光照光子数的比例。
（2）暗电流
在光电导模式下，当不接受光照时，通过光电二极管的电流被定义为暗电流。暗电流包括了辐射电流以及半导体结的饱和电流。
（3）等效噪声功率
等效噪声功率（NEP）是指能够产生光电流所需的最小光功率，与1赫兹时的噪声功率均方根值相等。与此相关的一个特性被称作是探测能力，它等于等效噪声功率的倒数。等效噪声功率大约等于光电二极管的最小可探测输入功率[4]。
1.3 应用
PN结型光电二极管与其他类型的光探测器一样，能够根据接受光的强度来输出相应的模拟信号或者在数字电路的不同状态之间切换比如控制开关和数字信号处理。
光电二极管在消费电子产品方面，例如CD播放器、烟雾探测器以及控制电视机、空调的红外线遥控设备中也有应用。对于许多产品来说，可以使用光电二极管或者其他光导材料，它们都可以被应用于测量光，通常被用于路灯亮度自动调节和手机的感光设备等。
在科学研究和工业中，光电二极管常常被用来精确测量光强，因为它比其他光导材料具有更良好的线性。
在医疗应用设备中，光电二极管也有着广泛的应用，比如脉搏探测器以及X射线计算机断层成像（CT）等。
2 雪崩二极管简介
2.1 工作原理
在材料掺杂浓度较低的PN结中，当PN结的反向电压增加时，空间电荷区中的电场也会随之增强，这样一来通过空间电荷区的电子和空穴就会在电场作用下使其自身能量增大。而在晶体中运动的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞，当电子和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键中的电子激发形成自由的电子空穴对。新产生的电子和空穴也会朝着相反的方向运动继而重新获得能量，又可以通过碰撞再产生电子空穴对。这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像雪崩一样，载流子增加得多且快。反向电流剧增，PN结就发生雪崩击穿，利用该特点可制作高反压二极管。
雪崩击穿的示意图如图3：
2.2 应用
PN结加合适的高反向偏压，使耗尽层中光生载流子受到强电场的加速作用从而获得足够高的动能，它们与晶格碰撞又会电离产生新的电子空穴对，这些载流子又不断引起新的电离，造成载流子的雪崩倍增，得到电流增益。
其优化结构如图4：
光的吸收层用铟镓砷，即InGaAs材料，它对1.3μm和1.55μn的光具有高的吸收系数。为了避免InGaAs同质结隧道击穿先于雪崩击穿，把雪崩区与吸收区分开，即PN结要放在InP窗口层内[5]。由于InP材料中空穴离化系数大于电子离化系数，雪崩区选用n型 InP，n-InP与n-InGaAs异质界面存在较大价带势垒，易造成光生空穴的陷落，在其间夹入带隙渐变的铟镓砷磷过渡区，分别形成吸收、分级和倍增结构。
3 总结与展望
光电探测器件的应用选择，实际上是应用时的一些事项或要点。在很多要求不太严格的应用中，可采用任何一种光电探测器件。不过在某些情况下，器件的选择极大程度上决定了效果的好坏。
在动态特性方面，以光电倍增管和光电二极管，尤其是PIN二极管与雪崩二极管为最好。在光电特性方面，以光电倍增管、和光电池为最好；在灵敏度方面，以光电倍增管、雪崩二极管、光敏电阻和光电三极管为最好。在各种光敏探测器中，灵敏度高不一定就是输出电流大，输出电流大的器件有大面积光电池、光敏电阻、雪崩光电二极管和光电三极管。外加的偏置电压最低的是光电二极管和光电三极管，光电池不需外加偏置。
近年来光电探测器在理论研究方面的发展并不多，但是在实际应用上依然很广泛。相信在不久的将来，随着其他一些传感器或者探测器领域的发展，光电探测器还会在更多更广泛的领域得到更多的应用。
参考文献：
[1] 胡涛.光电探测器前置放大电路设计与研究[J].光电技术应用，2010，25（1）：52-55.
[2] 雷肇棣.光电探测器原理及应用[J].物理，1994（4）：220-226.
[3] 王立刚.基于光电二极管检测电路的噪声分析与电路设计[J].大庆石油学院学报，2009，33（2）：88-92.
[4] 马鑫.光电二极管电参数模型及I_V转换稳定分析[J].哈尔滨工业大学学报，2009，41（7）：89-92.
光电探测器范文第4篇
关键词：光散射；粒径参量；颗粒分布
中图分类号：X928.1 文献标识码：A
目前应用于火灾烟雾探测的探测器，主要分为离子式和光电式两种。在实际工程应用中，离子式和光电式感烟探测器受粉尘影响特别大。据有关统计，60%的误报是因粉尘影响。本文将从散射机理对散射光型的光电式感烟探测器进行原理分析，根据瑞利散射、米氏散射和布里卡尔散射的散射特性，并结合双波长比较技术进行分析，说明利用双光源设计出抗粉尘颗粒干扰成为可能。
1 光电式感烟探测器工作原理
1.1 光电式感烟探测器基本原理
图1 散射示意图
根据米氏（Mie）光散射理论，如果入射光为自然光，散射示意图如图1。则总散射光强 为：
式中：？姿-入射波波长；R-接收点（x，y，z）到烟散射粒子的距离；i1（？兹），i2（？兹）-散射强度函数。
在研究平行光照射下，球形颗粒的散射问题时，通常引入无因次粒径参量a=m？仔d/？姿，其中？姿是入射光在真空中的波长， d是球形颗粒的直径，m1是颗粒周围分散介质的折射率。给出颗粒的大小a及颗粒材质的折射率m后，散射光强i1（？兹）和i2（？兹）可通过数值计算得到。例如图2给出了m=1.33和m=1.55时散射强度函数i1（？兹）和i2（？兹）曲线。
1.2 粒子尺度的影响分析
经典米氏散射理论是适用于所有球形颗粒的普遍情况，颗粒无因次参量可从很小到很大，颗粒的折射率也可有一个很大的变化范围。这两个参数唯一地决定了颗粒的散射规律。
米氏散射理论在工程实践中应用较多的有两种特殊情况。分别为：大颗粒近似-夫琅和弗衍射、小颗粒近似-瑞利散射。
大颗粒近似-夫琅和弗衍射对应散射强度为：
J1（a？兹）-是关于 的一阶贝塞尔函数。
J1（a？兹）数值可查有关数学用表。令a？兹=X，[2J1（X）/X]2曲线见图3，该函数的极大值和极小值的数值见表1。
图3 夫琅和弗衍射因子
表1夫琅和弗衍射强度分布函数的
极大值和极小值
入射光为自然光时，小颗粒近似-瑞利散射对应散射强度为：
（3）
一般粒子尺度影响按粒子直径与入射光波长之比，基本上划分成3个区域，分别为：瑞利散射区（d
2 烟雾、粉尘颗粒粒度分析
2.1 粉尘和烟雾粒径分布
近年来对颗粒粒径的基础研究有了更深的了解，对很多粉尘颗粒的粒度进行了统计，颗粒的粒度定义为颗粒所占据空间大小的尺度。它的范围变化很大，可以从零点几纳米到几千微米，表2给出了烟雾、粉尘的大致情况。
表2 各种粉尘和烟雾的粒径
由粉尘和烟雾的粒径统计情况可以看出，烟雾颗粒大小在1？滋m左右，而一般粉尘颗粒大于1？滋m。因此可以利用烟雾颗粒粒径大小来分辨粉尘与烟雾。从而排除粉尘所导致的光电式感烟探测器误报警问题。
2.2 波长与颗粒粒径影响分析
令双波长分别为？姿1和？姿2，对应光电探测器的散射角为？兹。则对应粒径为d的相同颗粒条件，其无因次粒径参量分别为a1=m？仔d/？姿1和a2=m？仔d/？姿2。
当a1>12和a2>12（布里卡尔散射），？兹=40°≈0.2？仔时，a1？兹>6？仔和a2？兹>6？仔，则可采用公式2可计算散射光强。由夫琅和弗衍射因子可看出其值很小。根据米氏效应可知，随着无因次粒径参量a的增大，散射光强分布的对称性开始变差，前向散射强于后向散射。随着a进一步增大，散射光几乎全部集中在前向？兹=0°的附近，如图4所示。由于？兹=40°≈0.2？仔，因此？姿1和？姿2通过颗粒散射到光电探测器的信号都很小，其差值可忽略。
当0.3
假设选择波长分别为0.4？滋m和0.9？滋m的双光源，散射角？兹=40°，烟雾颗粒粒径范围0.1？滋m～1.0？滋m，则对应无因次粒径参量大概为0.8～7.9和0.3～3.5，无因次粒径参量差几乎为2.3倍，即可采用双波长产生的散射强度的比较实现烟雾的高灵敏度检测。此时，如果粉尘颗粒为4？滋m则对应无因次粒径参量大于12，则其比较信号可忽略。即通过波长的选择和散射角的设计，实现烟雾颗粒部分高灵敏检测，同时降低粉尘颗粒的干扰。
结语
本文通过对光散射原理及颗粒粒度分布进行分析，根据不同散射区的工程实践函数及散射强度分布图等，对烟雾颗粒及粉尘颗粒大小分布进行烟雾探测器的抗干扰设计分析，提出降低粉尘导致感烟探测器误报的一种方式。但由于颗粒粒度分布的交叉性与差异性，可根据实际工作场合，合理的选择匹配光源，及散射角设计进行光电感烟探测器的设计。在提高微弱散射信号检测能力的同时，可采用双波长散射光信号比较方式进行散射光信号处理，能够进一步提高光电感烟探测器的感烟灵敏性和抗干扰能力。
参考文献
[1]朱福成，彭仁明.光电感烟探测器的研究.自动测量与控制，2006，25（9）.
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[3]蔡小舒，苏明旭，沈建琪.颗粒粒度测量技术及应用.化学工业出版社，2010.
光电探测器范文第5篇
关键词：氧化锌 纳米线阵列 紫外探测器
中图分类号：TQ132.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（a）-0019-02
第三代半导体材料ZnO被广泛认为是制造可见光盲紫外探测器的首先材料。最近几年，研究者基于ZnO的纳米结构研制高性能的紫外探测器[1-2]。Kind等人最先发现了单根ZnO纳米线的电导随紫外光照射变化异常的灵敏[3]。Zhou等人利用肖特基接触和对ZnO纳米线进行高分子表面修饰，单根纳米线紫外探测器件的恢复时间缩短到20 ms[4]。在基于ZnO纳米结构研制紫外光探测器的进程中，研究者们尝试设计各种新颖的方法来更进一步提升紫外光探测器的各种性能参数，并努力探索该类器件的工作机制[1-5]。然而，上述研究均是围绕着单根纳米线器件开展的，而在纳米尺度构造单根纳米线器件，一个避免不了且必须面对的关键问题就是纳电极的制作会涉及较多的问题，比如说：金属电极和一维材料的接触问题；纳电极的引出问题；电极宽度和间距对电子输运的影响等等。此外，单根纳米线器件的实现一般需要用到价值不菲的聚焦离子束或电子束曝光工艺，且此类器件的集成目前为止仍然无法有效得到解决。纳米线器件存在的问题在于它的制作成本、性能和稳定性。相比之下，制备一维纳米阵列器件正好可以避开以上问题，它所研究的对象是多根纳米线的整体行为，从中获取纳米材料相关的有用信息，为开发新一代纳米器件奠定良好基础。
该文正是在这一研究背景基础上，设计并制作出了新型的ZnO纳米阵列光探测器结构，重点探讨其紫外光敏响应，并通过分析实验结果来试图解释它的物理机理。
1 实验
首先是利用催化剂辅助气相输运法在GaN/蓝宝石衬底上定向生长出形貌优良的一维ZnO纳米线阵列，尺寸大小1 cm×1 cm。接着将纳米线阵列样品平放在两块ITO导电玻璃正面，使之充分接触，两ITO间距约0.1 mm。使用光通过控制波长365 nm的便携式紫外灯（0.3 mW/cm2）的“开”和“关”来实现光照和黑暗两种条件，测量特定偏压下两ITO之间光照周期性变化时电流随时间的实时曲线，器件组成示意图如图1。
2 结果与讨论
大尺寸垂直定向排列的ZnO纳米线阵列的形貌见图2（a）。在5V偏压下，UV灯开和关周期性变化测量的电流实时曲线如图2 （b）所示。从实验中代表性三个周期的数值可算出UV光照下的明电流是无光下暗电流的4倍多。当没有光照时，ZnO纳米线表面的氧分子会吸附ZnO中的自由电子而变成氧负离子：，这样就减少了自由载流子的浓度，并在靠近纳米线表面处产生一降低电子迁移率的耗尽层。加之纳米线本身的比表面积特点，氧分子的吸附能够比较显著地降低纳米线的电导率。图2（b）中曲线的上升速率可用方程来描述，即光响应特性。通过拟合计算得出的响应时间常数是s，见图2（c），实线是实验值，虚线是理论拟合结果。分析在光子能量高于ZnO的禁带宽度的光照下，产生的光生载流子会立刻影响其电导率。一方面是载流子的浓度骤然增大，另一方面是空穴会沿着由弯曲的能带造成的势能斜坡迁移到表面，将吸附的氧负离子放电而重新变回氧分子：，而剩余的光生电子寿命变长并成为多子，它会随时间慢慢与氧分子的再吸附和解吸附达到新的平衡态，最终导致电流的快速增加并达到饱和。为便于讨论比较，定义延迟速率（恢复时间）是电流下降到光电流最大值的1/e时所需的时间。对图2（b）中曲线的下降部分进行分析，得到恢复时间实验值仅为288 ms。采用二阶指数衰减方程来描述恢复特性并得到了较高的吻合度：。通过对该方程式的拟合，得到两个弛豫时间常数s，s，相对权重因子分别是76.4%和23.6%，见图2（d）。分析在关闭紫外光源的一瞬间，纳米线里面空穴和电子的复合比较快，电流会急剧下降，这对应于第一个弛豫过程，占主导地位。但此时纳米线还是会有大量的电子剩余，在表面被氧分子逐渐再次被捕获，这一变化过程会起电流的缓慢下降，这对应于第二个弛豫过程。
上述实验用可见光来测试，有无光照时测得的电流值几乎没有发生任何变化，这表明器件只具有对应于本征ZnO禁带宽度（3.4 eV）的紫外段光响应，也从另外一个角度证明了纳米线阵列的缺陷少，结晶质量高，与光致发光结果是一致的。
图2 （a）ZnO纳米线阵的形貌图；（b）紫外光照“开”“关”周期下的电流实时变化曲线；（c）和（d）分别是上升段响应曲线和下降段恢复曲线，实线是实验值，虚线是拟合结果。
需特别指出，本文的单根纳米线器件与常见的二维薄膜器件不同之处在于纳米线阵列结构里的电子必须要越过纳米线的表面势垒层，通过量子隧穿效应在纳米线-纳米线节之间发生迁移。UV光照下由于载流子的增多引起纳米线节的有效势垒高度会降低，从而引起电子在纳米线结构中传输的速度会加快，导致电流变大。这种纳米线阵列器件的最大优点在于光响应恢复时间超快，但同时在明暗电流比的灵敏度上还需改进。
3 结语
设计组装了新型的ZnO纳米线阵列器件，并对其进行了紫外光暂态响应研究。实验表明，365 nm光照下的电流是暗电流的4倍，响应时间是0.46 s，延迟时间仅为288 ms。对于延迟时间可用二阶指数衰减方程来描述，对应于两个权重不同的弛豫过程。
参考文献
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光电探测器范文第6篇
关键词：CPU；光电感烟；火灾探测器；硬件；软件
引言
为了避免火灾的发生，火灾自动报警及联动控制技术历经150多年的发展，已进入广泛应用阶段。如今，火灾探测器经历了开关量探测器、模拟量探测器和智能型探测器三个发展阶段。
本文将介绍一种智能型火灾探测器的设计过程。
光电感烟火灾探测器的硬件设计
本文中光电感烟火灾探测器硬件设计分为CPU选型、硬件电路和总线接口设计三个部分。
CPU选型
本文根据光电感烟火灾探测器的实际需求，从CPU的性价比、功耗、开发难易程度等方面综合考虑，选用了PIC系列单片机。该系列单片机采用RISC结构，其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术等都体现出单片机产业的新趋势。
PIC系列8位单片机共有三个系列，即基本级、中级和高级，通过对CPU的I／O口线、功耗、成本的比较，最终选择了中级的PICl6C712。系统利用CPU的捕捉输入端口接收控制器发来的地址、命令、数据，并将探测器的地址、报警阈值等信息存入E2PROM中，对接收放大电路输出电压进行A／D转换。
硬件电路设计
本文设计的光电感烟火灾探测器的电路系统主要由CPU、存储器、发射电路、接收放大电路、总线接口电路、稳压电路、信号返回电路及确认灯电路组成，如图1所示。
串行E2PROM存储器用于存储探测器的出厂序列号、地址编码、报警阈值等信息，该存储器可在线电擦除、电写入，具有体积小、接口简单、数据保存可靠、可在线改写、功耗低等特点。
目前常用的串行EzPROM有两线制、三线制两种。两线制产品用于需要12C总线、有抗噪声性能、I／O口线受限制的应用中，三线制产品用于有限制规约要求，且采用SPI规约、需要有更高时钟频率要求，或需要16位数据字宽的应用中。
为节约CPU的I／O口线，本文选用两线制串行EPROM芯片24LC01。
采用时钟(sCL)和数据(sDA)两根线进行数据传输，接口十分简单。SDA是串行数据脚。该脚为双向脚，漏极开路，用于地址、数据的输入和数据的输出，使用时需加上拉电阻。SCL是时钟脚，该脚为器件数据传输的同步时钟信号。
SDA和SCL脚均为施密特触发输入，并有滤波电路，可有效抑制噪声尖峰信号，保证在总线噪声严重时器件仍能正常工作。
总线接口设计
火灾探测器与火灾报警控制器之间采用总线连接，在直流24V电源上叠加7.5V脉冲信号，脉冲信号(包含地址与数据)经耦合后送至CPU进行译码、接收。
火灾探测器利用CPU的捕捉输入口接收控制器发来的地址、命令和数据信息，将探测器的地址、报警阈值等信息存入E2pROM中，对接收放大电路输出电压进行A／D转换。
为了在通讯时使总线电压保持相对恒定，采用高低电平交替发送信息的办法，即通过高电平或低电平的不同宽度来表示不同的信息，可以有效利用总线的带宽。在本系统中，为了减少脉冲个数，每个脉冲表示两位2进制码，如表1所示。
火灾报警控制器在巡检时最多发送16位数据、2位校验位，其中前8位是地址或命令、后8位是数据，起始信号为5ms的低电平，校验脉冲同时也是停止脉冲。控制器还向火灾探测器等部件发送广播信号，探测器根据不同的命令接收或返回相应的数据。
当探测器接收到与自身地址码相同的寻址信号时，CPU控制信号返回电路以脉冲幅度固定的电流信号向控制器返回探测器的地址、检测值、故障、火警状态等信息，返回的数据共10位，其中8位数据、2位校验，探测器在控制器发送数据完成1ms后立即返回数据，脉冲幅度为40mA。信号波形如图2所示。
光电感烟火灾探测器的软件设计
报警广播协议设计
为使火灾报警控制器能快速响应探测器的报警信息，我们设计了报警广播通信协议。火灾报警控制器定时向整个回路发送广播信息，探测器收到广播信号时，如该探测器有报警信号需要发送，则开始逐位发送自己的地址，此时可能有多个探测器有报警信号，例如两个探测器的地址分别是1和2(以下称1#和2#探测器)，探测器首先发送自己的最低位，如图3中的A点，若最低位是1则发送脉冲宽度是1.024ms，如为0则宽度为0.768ms。
当两个探测器同时发送时，返回的实际数据是1，控制器收到后，立刻通过总线把数据返回，如图3中B点，当2#收到该信号l时，与自己刚才发送的0相比较，发现不一致即退出通讯，1#则继续通讯，发送自己后边的所有地址位，直到发送完成。控制器在通讯完成后，已经获知1#探测器有新报警，则通过巡检该地址的方式获得该探测器的报警信息。
1#探测器在成功进行一次报警广播通讯后，不再进行广播通讯，除非有新报警信息产生(所有信息有新的变化)。当控制器在下一个周期发送广播通讯时，2#探测器继续返回自己的信号，直到通讯完成。这样控制器在两个巡检周期内完成了两个报警信息的查询。
探测器发送的每个脉冲必须在收到脉冲0.5－1ms时返回，所有探测器必须保持一致。
由于每次广播通讯的过程中低电平的脉冲宽度都小于5ms，因此其它探测器可以据此判断通讯是否结束。
报警判据设计
本文设计的光电感烟火灾探测器采用两发一收的双光路迷宫，微处理器实时计算与2个发射管构成前向散射光路和后向散射光路的接收管，以响应输出值的比值。根据不同颜色、粒径粒子的响应输出比值不同，对进入探测室烟雾颗粒进行分析、判断，确认烟雾颜色及水雾、灰尘等非火警因素，并根据烟雾颗粒的颜色调整探测器响应阈值，实现对各种颜色烟雾的均衡响应。
前向散射、后向散射可各设一浮动阈值，其中后向散射阀值小，当检测值变化量超过浮动阈值进行连续采样判断。当前向散射、后向散射有一路出现故障时，另一路可独立进行火警判断。
因为光学探测室的内壁不可能成为绝对黑体，发光元件发出的光经过内壁多次反射后，必然在探测空间内形成一定照度的背景光，通过对背景光变化信号的分析，判断发光元件的发光强度、接收元件的接收灵敏度、探测室的状态等，使探测器实现自诊断。
软件设计实现
为了使软件有良好的可维护性，本文采用模块化设计，流程如图4所示。
主程序功能
实现对该程序的初始化设置，检查探测器的地址、阈值、传感器故障，判断火警，写EEPROM等。
捕捉中断功能
该模块接收控制器发送的编码信号。
比较中断功能
该模块向控制器发送返回信号。
定时器0中断功能
该模块对接收到的编码信号进行分析处理，准备需向控制器返回的数据。
定时器2中断功能
该模块进行ACD采样间隔、巡检闪灯间隔的计时。
结语
光电探测器范文第7篇
关键词：ZnO薄膜；射频磁控溅射；不同电极宽度；MSM型紫外光电探测器
近年来， 由于紫外光电子器件广阔的应用前景，宽禁带半导体材料ZnO已经引起了人们广泛的关注. ZnO是一种新型的直接宽隙II-VI 族化合物半导体材料， 晶体结构为六方纤锌矿结构，其室温禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV。ZnO原材料资源丰富、价格低廉、无毒无污染、制备工艺简单。ZnO具有高熔点、高热稳定性及化学稳定性等优点，因此是制作紫外光电探测器的理想材料。在军事、民用等方面有着巨大的应用前途。近年来，科研工作者们分别采用金属有机气相沉积法（MOCVD）、激光脉冲沉积法（PLD）、分子束外延法（MBE）等方法制备了不同类型的ZnO合金薄膜[3-5]。采用射频磁控溅射法制备ZnO薄膜材料时，其衬底材料选择为石英衬底，溅射反应气体则为氩气、氧气一定比例的混合气体，这种ZnO薄膜制备方法研究较少，尤其是不同指宽对紫外光电探测器性能的影响方面研究。
本文利用射频磁控溅射方法，用氧气和氩气作为溅射气体在石英衬底上制备了ZnO薄膜，并对其结构和光学性质进行分析研究。通过射频磁控溅射所成的ZnO薄膜会具有良好的致密性和均匀性，有利于得到高质量的ZnO薄膜。通过测试分析不同类型的探测器的光响应光谱，得出最优指宽的叉指型电极。
一、实验
本实验利用射频磁控溅射方法在石英衬底上制备ZnO 薄膜。所使用的靶材是纯度99.99%的ZnO陶瓷靶材。石英衬底分别用酒精，丙酮，去离子水超声清洗五分钟，然后使用氮气吹干，待吹干后立即放入薄膜生长腔体。使用分子泵将薄膜生长腔体内真空抽到5×10-4Pa，之后把纯度为99.999%的氩气和氧气通入到生长腔体，气体流量分别设为50sccm、50sccm，溅射功率控制在110W，薄膜的生长温度控制在673K，石英衬底转数控制在8r/min，薄膜生长过程中生长腔体内的的压强保持在5Pa。薄膜的生长时间为2h。同样使用射频磁控溅射的方法在ZnO 薄膜上表面溅射生长约100nm后的Au，使用光刻的方法刻出叉指型电极。指间距均为5μm，制备出指宽分别为 3μm、5μm、8μm的紫外光电探测器。
二、结果与讨论
图1 所示为利用射频磁控溅射方法，用ZnO靶材生长的ZnO薄膜的X 射线衍射（XRD）图谱。图中在34.44°处有一个高强度的尖锐的衍射峰，对应于六角纤锌矿ZnO晶体的（002）取向。XRD 的半高宽对于样品的晶体质量来说是一个有力的表征手段。在得到半高宽值为0.25°后，可以通过下面的公式计算得到平均晶粒尺寸d 即
d = 0.94λ/B cosθ （1）
式中d 是晶粒的平均尺寸，λ是波长（1.54?），测B是衍射峰半高宽度，θ是Bragg 衍射角。通过计算晶粒的直径为213.2nm，大的晶粒尺寸有利于减少晶粒的界面和表面缺陷，从而形成高质量的ZnO薄膜，这对于制备高性能紫外光电探器件是积极有益的。
图2 ZnO基MSM光电探测器件结构示意图，通过湿法刻蚀得到Au电极，为了研究电极宽度对器件性能的影响，我们制备了电极宽度 h 分别为3，5，8μm的ZnO基MSM光电探测器。
图3 所示为指宽分别为 3μm 的ZnO基MSM型紫外光电探测器在1-7 V 偏压下的响应图谱。由图可见随着电压的增大，器件的响应度逐渐上升。响应图谱中截止边清晰，呈直线型。图3 所示为指宽分别为 3μm、5μm、8μm 的ZnO基MSM型紫外光电探测器在5 V 偏压下的响应图谱。图2中3个器件的响应峰值均位于380nm。指宽为3μm的探测器响应度最高达到0.058 A/W，5μm的探测器响应度最高达到0.041 A/W，8μm的探测器响应度最高达到0.03 A/W。本文中由于外加电场恒定为5 V，若增大指宽，则落于叉指电极间电阻上的电压增大，会使耗尽区上的分压减小，耗尽区会比窄叉指电极的情况下变窄。MSM 结构光电探测器的有效光响应区即为耗尽区。因此探测器的反应接收区变小，则可分离的光生载流子减少，器件的响应度降低。反之，则器件的响应度升高。
三、结论
用射频磁控溅射方法制备了高质量的ZnO薄膜。利用Au 叉指电极，在ZnO薄膜上制备了电极指宽不同的金属-半导体-金属结构紫外光电探测器。研究发现，随着叉指电极宽度的缩小，光响应度增大。在相同偏压下，电极宽度3μm 的器件响应度比宽度8μm 的器件增大了2倍。上述现象是由于叉指电极宽度的缩小导致器件耗尽区宽度增大，因此更多的光生载流子得到有效分离，从而提高了光电流输出。本文的结果表明，对MSM 结构的紫外光电探测器件来说，在一定的工作偏压下，过大的叉指电极宽度会减小实际的耗尽区宽度。因此叉指电极宽度的选取要充分考虑到耗尽区宽度和偏压大小。
参考文献：
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光电探测器范文第8篇
据物理学家组织网不久前报道，美国斯坦福大学和宾夕法尼亚大学组成的一个联合工程师团队首次使用等离子体激元创建出一个可以探测光同时也可以隐形的新设备，应用于先进的医学成像系统和数码相机中，可生成更为清晰、更准确的照片和影像。该研究成果发表于《自然光子学》在线版上。
等离子体激元，即在光激发下的金属纳米结构中自由电子气集体振荡，是目前可以突破光的衍射极限来实现纳米尺度上对光操纵的新型量子态，为光学元器件和芯片的小型化以及未来信息领域超越摩尔定律带来了曙光。
新研究首次将等离子体激元这一概念用于光电子探测隐形设备。研究人员称，在其上的反光金属涂层可使一些东西看不见，使这种设备不可直观，由此创建出一种隐形的光检测器装置。该设备的核心是由薄薄的金帽覆盖硅纳米线。研究人员通过调整硅中的金属比例，即一种调谐其几何尺寸的技术，精心设计了一个“电浆斗篷”，其中金属和半导体中的散射光相互抵消，从而使该设备不被看见。该技术的关键在于，在薄金涂层中建立一个偶极子，与硅的偶极子在力量上可对等。当同样强烈的正负偶极子相遇时，它们之间相互抵消，系统就会变得不可见。
研究人员说：“我们发现，一个精心设计的金壳极大地改变了硅纳米线的光学响应。在金属丝中光吸收略有下降，而由于隐形效果，散射光会下降100倍。实验同样证明，在计算机芯片中常用的其他金属如铝和铜也会具有同样效果。之所以能够产生隐蔽性，首先是金属和半导体的调整。而如果偶极子没有正确对齐，隐形效果则会减弱甚至失去。所以只有在适量材料中的纳米尺度下，才能做到最大程度的隐形。”
研究人员预测，这种可调的金属半导体设备在未来将用于许多相关领域，包括太阳能电池、传感器、固态照明、芯片级的激光器等。例如，在数码相机和先进的成像系统中，等离子体激元的隐形像素可能会减少由于相邻像素之间破坏性串扰产生图像模糊的状况，从而生成更清晰、更准确的照片和医学影像。
光电探测器范文第9篇
地下商场因其客流量太大，不易疏散的特点导致地下商场发生火灾会造成大量人员伤亡的可能性很大。本着预防为主，防消结合的方针必须在地下商场的每个角落都覆盖了火灾自动报警系统的烟感探测器。24小时不间断地探查商场的全部区域。由于受到一些环境条件或内部硬件的影响，商场中的烟感探测器会偶尔发生误报火警的情况。这种误报信号会无谓地浪费人力、通讯等消防资源。作者通过了解探测器的工作原理，结合自己的工作经历，分析地下商场烟感探测器的误报原因，总结了几点减少误报的工作经验。
二、烟感探测器的工作原理
烟感探测器主要响应燃烧或热解产生的固体液体微粒即烟雾粒子的探测器，主要用来探测可见或不可见的燃烧产物及起火速度缓慢的初期火灾。根据其使用的传感元件不同可分为离子型，光电型。激光型和红外线束型四种，在我市现有的地下商场中主要应用的烟感探测器为离子型和光电型。
离子传感器是通过测量空气中的正负电荷的平衡来工作的。在传感器内部，有一小片放射性镅241(其辐射强度小于1居里，射线射程远小于1米，穿透力也较弱，对人体比较安全)，这种物质能在感应室内流动的空气中产生一股微小的电流。在线路板上，有一个电脑芯片用来监测这股电流。当烟雾粒子进入到感应室后，就会扰乱那里的正负电荷的平衡，同时也会使这股电流发生变化。当烟雾逐渐加重，正负电荷的不平衡性就会加强。当这种平衡性达到一定的限度，烟感探头通过通讯电路反馈主机报警信号。
光电传感器是通过一束光和一个光的感应器来测量烟的浓度的。该装置设计的时候，光束是偏离感应器的。当烟雾进入到感应室后，烟雾粒子会将部分光束产生20～30度的散射，散射到感应器上。当烟雾的浓度逐渐加重，就会有更多的光束被散射到感应器上。当到达传感器的光束达到一定的程度使散射电流增大。烟感探头通过通讯电路反馈主机报警信号。
无论是离子传感器还是光电传感器，都有一个判断门限值。当其传感判断超出门限值时即发出报警信号。
三、地下商场中烟感探测器的误报原因
1.线路元件硬件原因。分析烟感探测器工作原理可知不论是离子式烟感探测器。还是光电式烟感探测器，都是由烟感探头和通讯电路组成。其中烟感探头负责烟气探测和产生报警信号，通讯电路负责向主机反馈报警信号。而由于这两个组成部分自身光学、物理与电气特性和长期的使用折旧，会造成一些超低频率的随机不定位置误报。比如传感器的折旧使其判断门限值降低或者电磁干扰其通讯线路都会误发生报警信号。
2.商场中灰尘过大。由于地下商场的客流量大，而且商场的位置在地面道路以下。使得大量灰尘易于沉降在地下商场内，而灰尘是制造烟感探测器误报火警的“第一高手”。烟感探测器85％的误报是由灰尘引起的。因为过多的灰尘进入光电探测器感应室会造成光线的大量散射，使感光元件接收太多的光线份致探测器误报警。对于离子式探测器，会因为大量的灰尘进人感应室与带电离子结合而使探测器误报警。
3.通风气流。实验表明，当风速超过3米，秒的时候，烟感探头的误报率明显上升。地下商场的出入口有限，又没有窗户，为了保持商场内的新鲜空气。必须常年进行机器送风。而大型商场的送风系统和空调系统的管道风速在8米／秒左右，出风口的风速虽然远低于管道风速，但出风口风速经常会超过3米／秒。所以送风口或空调出风口周围的探测器易发生低频率的定位置误报。当火灾探测器安装在这此有通风气流的位置时，如通风空调的送风口附近、出入口、风室等。通风气流进入感烟探测器会形成气流旋，将停留或吸附在探测器保护遮罩网上的粉尘扬起，使其达到报警门限值。从而造成误报警。
4.室外天气导致大气悬浮颗粒改变。空气中长期悬浮大量污染颗粒。大气总悬浮颗粒TSP和可吸入颗粒PMl0质量浓度已作为衡量悬浮颗粒多少的首要指标。其中可吸入颗粒PMlof粒径在10微米以下的颗粒物1已成为众多大中城市的首要大气污染物。大气悬浮颗粒中约有1／4为降尘(粒径在10～100微米)，其在空中停留期短，受重力作用很快降落，外界环境影响下这部分颗粒的浓度可能突然升高。对于地下商场而言最常造成这种悬浮颗粒突然升高的就是大雾和扬沙天气，而这种悬浮颗粒与火灾中生成的烟雾粒子一样，能在光电感应室内使光线大量散射和电离感应室内与带电离子结合而造成感烟探测器造误报。
5.地下商场餐饮区烹饪。现在的地下商场都建有一部分餐饮区，而餐饮区的烹饪行为也可造成烟感探测器的误报。许多对烹饪产生的烟雾的误报是由离子探测器发出的。因为这种传感器对极微小的烟雾粒子较敏感，即使是对人的肉眼无法看到的粒子。烹饪高温产生的烟雾粒子进入离子感应室内与带电离子结合而使探测器误报警。
6.地下商场棚顶漏水或湿度过大。由于地下商场的建造方法和所处位置的原因，使得其有易漏水和商场内湿度大的缺陷。对于一般的电子元件来说，相对湿度在30％－80％比较适宜，当相对湿度超过80％时，就会对其造成不良影响。潮湿会使探测器的电子元件造成短路或降低绝缘产生接地。特别是当潮气进人感烟探测器感应室后，微小的水分子会造成大量探测器光源发生散射，被散射到感应器上，从而产生探测器误报警。另外潮湿引起电子元件短路也能使探测器误报警。
四、减少地下商场中烟感探测器误报的经验总结
1.严格执行国家标准进行设计施工。地下商场中环境条件与普通建筑不同，所以在强调的建造质量之外，严格执行设计规范是减少误报警的重要途径。严格按照《国家火灾自动报警系统设计规范》对烟感探测器进行合理的选型和合理的位置安装。不仅能确保探测器能有效、迅速地探测到火灾的发生，而且也最大限度地避兔了通风气流对烟感探测器的干扰和电磁干扰对通讯线路的影响，从而减少误报。
2.根据需求合理选择烟感探测器种类。每种探测器各有各的长处。离子探测器对微小的烟雾粒子的感应要快一些。明火时，空气中烟雾的微小粒子较多，离子探测器会比光电报警器先报警。而光电报警器对稍大的烟雾粒子的感应较快，阴燃时，空气中稍大的烟雾粒子会多一些，那么光电探测器会比离子报警器先报警。我们可以根据不同需求和不同地点选择不同类型的探测器，从而减少误报。
3.及时清洗检测。定期清洁探测器是非常必要的。根据国家标准的规定，对探测器要定期检测和清洗，一般是安装后两年，每三年进行一次。烟感报警器在感应中心的周围有一些小的筛子似的防护网防止外面的小虫子和尘土进入到感应中心。但是灰尘却可以吸附防护网上，清洁探测器可以避免防护网上的灰尘被高速气流鼓动而造成的误报警。
4.合理调整烟感探测器安装位置。对于一些定位置的误报，比如烹饪区或者通风气流大的地方。我们可以合理调整烟感探测器的位置，使其即能全时监测所辖区域又能离烹饪烟雾高浓区域或者气流大的地方相对较远位置。使烹饪产生的烟雾在到达探测器的时候已经变得很稀薄，使气流到达探测器时流速已经变慢，从而减少误报。
光电探测器范文第10篇
关键词： PIN探测器； 强光饱和； 码间串扰； 数学模型
中图分类号： TN929.1?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0012?04
0 引 言
1997年10月美国在白沙导弹靶场测试，采用中红外先进MIRACL和LPCL进行激光照射卫星探测器实验[1]，该实验使人们认识到低能激光的优势。然而，光电探测器接收光功率非常低，所以当光功率过大时可能造成探测器永久性“失明”[2]。
目前无线光通信主要应用在800 nm、1 064 nm和1 550 nm三个波段[3]，常用探测器光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。1 064 nm通信元器件国内相对成熟，固本课题以PIN探测器在1 064 nm波段为样本，研究当探测器达到临界饱和功率时的接收现象，并判断能否符合通信要求。通过实验建立数学模型，考虑在临近空间致盲打击的可实现性。
1 致盲理论分析
1.1 PIN探测器的损伤机制
激光对光电探测器的损伤分为软损伤和硬损伤两类[4]。顾名思义，软损伤即当有光照射时探测器经暂时的失效，光源消失一段时间后探测器又恢复原有性能。这里将这种损伤机制称之为强光饱和型失效机制。硬损伤是由于光源功率过大使探测器造成不可恢复性的损伤。硬损伤由于激光损伤应力不同又分为热学效应损伤和力学效应损伤。其中由热学效应损伤可分为：热损伤机制、缺陷型损伤机制和电子雪崩型损伤机制。由力学效应损伤主要有自聚焦型损伤机制、多光子电离型损伤机制[5]。
1.2 干扰致盲方程的建立过程
本文设计了一个用来测量光电探测器激光损伤阈值的实验方案，实验方案如图4所示。实验采用波长为1 064 nm的Nd：YAG激光器，TEM00模型，输出功率为50 mJ，脉冲宽度为18.2 ns，重复频率为800 MHz激光。样品探测器选用德国Menlosystem公司的FPD310，PIN光电二极管。光谱响应范围为850～1 650 nm，最大入射功率为2 mW，探测器最大接收频率为1.8 GHz。
实验中保持入射光功率不变，通过调节衰减片的衰减系数，模拟无线光通信中大气对长距离对激光能量的衰减。分束透镜和能量计可以对入射激光能量进行实时监测。实验主要通过示波器的观测的数据变化判断探测是否进入饱和或深度饱和状态。用He?Ne激光实时监控，防止功率过大激光对探测器的热应力损伤。图5为试验实物的实际测试现场。
3 实验结果及分析
3.1 损伤阈值
经实验得出：当衰减系数为60 dB时，此时激光器峰峰值电压为40 mV，探测器的光功率密度为0.64 μJ/cm2，经示波器观测探测器输出峰峰值为420 mV。当衰减系数为45 dB时，激光器峰峰值电压为60 mV，探测器的光功率密度为20.1 μJ/cm2，示波器观测探测器达到最大输出电压输出峰峰值为3 800 mV。当衰减系数为35 dB时，此时激光器峰峰值电压为80 mV，探测器的光功率密度为201.3 μJ/cm2，经示波器观测探测器输出峰峰值为4 000 mV，示波器显示接收脉冲出现展宽现象，展宽幅度约200%，展宽现象如图6所示，展宽时输出眼图如图7所示。此时，满足不了通信条件，出现码间串扰现象，无法提取有效信息，探测器达到测试阈值。衰减系数和探测器峰峰值统计结果见表1。
4 结 论
综合以上实验结果及分析，得出以下结论：对于天基干扰致盲，使用半导体激光器就能实现致盲效果；当激光器功率大于探测器接收阈值时，探测器出现脉宽展宽现象，该现象出现码间串扰。无法正常通信；激光束散角越小，致盲距离越短，辐照面与接收面夹角越小，对干扰致盲激光器的功率要求越低。
参考文献
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