光电探测器PMT、APD、CCD、CMos、ICCD、EMCCD

PMT和APD都属于点探测器，只能探测光子信息，可以通过扫描方式测光谱。CCD和CMOS属于线阵或者面探测器，可以成像。ICCD和EMCCD属于不同类型的CCD。

一、PMT

PMT：光电倍增管，属于灵敏度极高，响应速度非常快的单点光探测器。

主要是由光电发射阴极(光阴极)和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极(阳极)等组成。

核心原理就是：通过把入射的光子转化成电子，在电子倍增电场作用下进行倍增放大，放大后的电子通过阳极收集后输出。通过AD转换器，信号可以通过示波器直接显示。

典型的光电倍增管按入射光接收方式可分为端窗式和侧窗式两种类型。

目前市面上常见的就是滨松的PMT,性价比高。

主要应用：光子计数、弱光探测、化学发光、生物发光、极低能量射线探测、分光光度计、色度计 生化分析仪等设备中。

特点：虽然PMT灵敏度高，成本低，但是相比CCD,其测光谱时需要一个点一个点的去扫谱，时间过长，采谱速度慢，受强光影响大，使用时需要注意保护管子，加压时也需要注意，维护麻烦一些。

二、APD

雪崩光电二极管

核心原理：光电二极管的P-N结上加上反向偏压后，射入的光被P-N结吸收后会形成光电流。加大反向偏压会产生“雪崩”现象，这样光电流会成倍增加,达到雪崩倍增状态。

和PMT的差异是放大信号信号的原理不太一样。APD因为其具备单光子探测能力，所以常被用于光子计数器应用。和高速计数卡结合可以实现弱信号的光子计数探测能力。而且APD相比PMT便宜一些，而且具有全固态结构，量子效率也高，也被广泛使用。

三、CCD

CCD 电荷耦合器件，原理不说了，百科写的很详细

目前主要是科研级相机用的多的还是CCD探测器，主要是信噪比好，灵敏度比CMOS更好一些，一些极弱光信号的成像和光谱分析，常见的还是CCD。

CCD芯片的种类有：全帧芯片，隔行转移，帧转移等。

其中科研相机全帧芯片和帧转移芯片用的多，全帧芯片全靶面曝光，芯片在光照下始终曝光，需要快门阻挡每一帧，否则容易有拖尾现象。而帧转移芯片的优势是，利用像素间传输快的特点，在上一帧电荷转移出芯片的同时可以采集下一帧图像，可以不加快门工作。

四、CMOS

原理：CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)，

互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件，是组成CMOS数字集成电路的基本单元。

主要需要和CCD区分开

由于上面所说的结构，CCD的电路更改就更方便。而由于CMOS的过分集成，电路更改就不方便。特点：CMOS功耗小，噪声大，灵敏度差，但是速度快，同时成本也要比CCD便宜很多。

目前科研领域，弱光探测还是CCD为主。高速成像主要是CMOS.

近几年，sCMOS科研级CMOS异军突起，采用了背照式CMOS芯片，提高量子效率，比传统CMOS响应更好一些，主要适合中间档需求，信号稍微比日常弱一些，用科研级CCD觉得价格高，或者觉得CCD帧速低。用普通的CMOS又无法获得很好的实验效果, 这些情况下都可以考虑sCMOS.

五、ICCD

称为像增强型探测器

核心原理：ICCD利用像增强器，光子入射后经过光阴级转换成电子，电子通过微通道板MCP时，被在MCP外部的高压电场作用下，电子不断撞击进行倍增放大，放大后的电子信号经过光纤锥打到荧光屏上，重新转换成光子，光子再通过CCD芯片进行成像，从而实现信号的放大。

在EMCCD出现之前，都用ICCD来实现极弱光成像探测。同时ICCD可以控制曝光门控，实现ns甚至ps量级的曝光。

六、EMCCD

EMCCD,电子倍增型CCD，是一种全新的微弱光信号增强探测技术，

核心原理：EMCCD与普通的CCD探测器的主要区别在于其读出(转移)寄存器后又接续有一串“增益寄存器”，电子传输到增益寄存器中，寄存器中产生的电场其强度足以使电子在转移过程中产生“撞击离子化”效应，产生了新的电子，即所谓的倍增;每次转移的倍增倍率非常小，多大约只有×1.01~×1.015倍，但是当如此过程重复相当多次，信号就会实现可观的增益—可达1000倍以上，从而实现信号的放大。

EMCCD具备单光子探测灵敏度，广泛用于天文领域，生命科学领域，单分子成像，荧光成像等方面。

ICCD和EMCCD主要的差异：

1，ICCD的峰值量子效率不会超过50%;EMCCD采用ccd芯片，背照式峰值量子效率可高达90%以上。

2，ICCD的微通道板和荧光屏会降低空间分辨率;EMCCD空间分辨率只取决于像素大小，比ICCD分辨率高，适合于生命科学领域

3，ICCD的像增强器毕竟娇弱，强光容易损伤像增强管，需要注意保护。EMCCD没有这么严格的要求，尽量避免饱和即可。

4，ICCD像增强器和EMCCD都可以用于军事方面，都受进出口管制。

5，ICCD具有纳秒级的门宽实现高时间分辨，可以做瞬态寿命测试;EMCCD只能实现毫秒级时间分辨。

审核编辑 黄宇