摘  要:

光電探測(cè)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(guò)用探測(cè)器的脈沖響應(yīng)特性測(cè)量響應(yīng)時(shí)間，利用探測(cè)器的幅頻特性確定其響應(yīng)時(shí)間。本文分析了光電探測(cè)器的響應(yīng)度不僅與信號(hào)光的波長(zhǎng)有關(guān)，而且與信號(hào)光的調(diào)制頻率有關(guān)，在提出測(cè)量探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法的同時(shí)分析了誤差的產(chǎn)生原因和解決辦法。

關(guān)鍵詞：光電探測(cè)器；響應(yīng)時(shí)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(cè)等功能的測(cè)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(gè)波段--光頻段的電子系統(tǒng),光電探測(cè)器的輸出相對(duì)于輸人的光信號(hào)要發(fā)生沿時(shí)間軸的擴(kuò)展。擴(kuò)展的程序可由響應(yīng)時(shí)間來(lái)描述。

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

二 響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試

2.1 基本原理

表示時(shí)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(hào)的現(xiàn)象稱為弛豫。
我了解到光電探測(cè)器在單位階躍信號(hào)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(guò)Matlab繪制了上升響應(yīng)時(shí)間和下降響應(yīng)時(shí)間的圖型。
例如得到的上升響應(yīng)時(shí)間圖形為：
 

圖2-1：可知上升響應(yīng)時(shí)間
幅頻特性：由于光電探測(cè)器惰性的存在，使得其響應(yīng)度不僅與人射輻射的波長(zhǎng)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(cè)器對(duì)正弦光信號(hào)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(cè)試過(guò)程

光電探測(cè)器時(shí)間常數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)箱:20M雙蹤示波器;毫伏表。

在光電探測(cè)器時(shí)間常數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)箱中，提供了需測(cè)試兩個(gè)光電器件:峰值波長(zhǎng)為900nm的光電二極管和可見(jiàn)光波段的光敏電阻。所需的光源分別由峰值波長(zhǎng)為900nm的紅外發(fā)光管和可見(jiàn)光(紅)發(fā)光管來(lái)提供。根據(jù)需要，光源的驅(qū)動(dòng)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(shí)間響應(yīng)包括三個(gè)方面的貢獻(xiàn)：探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)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(shí)間。
 用脈沖法測(cè)量光電二極管的響應(yīng)時(shí)間
 用脈沖法測(cè)量光敏電阻的響應(yīng)時(shí)間
 用幅頻特性法測(cè)量CdSe光敏電阻響應(yīng)時(shí)間
 用截止頻率法測(cè)量CdSe光敏電阻響應(yīng)時(shí)間

2.3 測(cè)試誤差分析

考慮到實(shí)驗(yàn)儀器有示波器，需要注意的是，示波器記錄的時(shí)間響應(yīng)包括三個(gè)方面的貢獻(xiàn)：探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)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(shí)間。

在信號(hào)電纜長(zhǎng)度較短(<2 m)時(shí)，電纜長(zhǎng)度對(duì)探測(cè)器時(shí)間響應(yīng)影響不大。實(shí)線—2m；虛線—1m；點(diǎn)線—0.5m
同時(shí)示波器帶寬對(duì)探測(cè)器時(shí)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(shí)間響應(yīng)曲線

三  總 結(jié)

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

而表示時(shí)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?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中，了解了光電探測(cè)器的響應(yīng)度不僅與光波長(zhǎng)有關(guān)，也與信號(hào)關(guān)的調(diào)制頻率有關(guān)，熟悉了測(cè)量探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法。
我們也思考：1.如果要測(cè)量響應(yīng)速度更快的光電探測(cè)器響應(yīng)時(shí)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(méi)有更加合適的測(cè)試器材或者新型的儀器？
通過(guò)對(duì)誤差分析可知，至少在對(duì)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(yàn)中CdSe光敏電阻在光強(qiáng)度不同的光束照射下的響應(yīng)時(shí)間有沒(méi)有區(qū)別等問(wèn)題.
同時(shí)我們也思考到對(duì)測(cè)試誤差的分析：

考慮到實(shí)驗(yàn)儀器有示波器，需要注意的是，示波器記錄的時(shí)間響應(yīng)包括三個(gè)方面的貢獻(xiàn)：探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)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(shí)間。

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