Grundlegende charakteristische Parameter des optischen SignalsFotodetektoren:
Bevor verschiedene Formen von Fotodetektoren untersucht werden, müssen die charakteristischen Parameter der Betriebsleistung vonoptische Signal-FotodetektorenDiese Eigenschaften werden zusammengefasst. Dazu gehören Empfindlichkeit, spektraler Frequenzgang, äquivalente Rauschleistung (NEP), spezifische Detektivität, spezifische Detektivität D*), Quanteneffizienz und Ansprechzeit.
Die Empfindlichkeit Rd charakterisiert die Ansprechempfindlichkeit des Bauelements gegenüber optischer Strahlungsenergie. Sie wird durch das Verhältnis von Ausgangssignal zu Eingangssignal dargestellt. Diese Kenngröße spiegelt nicht das Rauschverhalten des Bauelements wider, sondern lediglich die Effizienz der Umwandlung elektromagnetischer Strahlungsenergie in Strom oder Spannung. Daher kann sie mit der Wellenlänge des einfallenden Lichtsignals variieren. Darüber hinaus ist die Leistungskennlinie auch eine Funktion der angelegten Vorspannung und der Umgebungstemperatur.
2. Die spektrale Empfindlichkeit ist ein Parameter, der den Zusammenhang zwischen der Leistungsempfindlichkeit des optischen Signaldetektors und der Wellenlängenabhängigkeit des einfallenden optischen Signals beschreibt. Die spektralen Empfindlichkeiten optischer Signaldetektoren bei verschiedenen Wellenlängen werden üblicherweise quantitativ durch eine „Spektralkennlinie“ dargestellt. Dabei ist zu beachten, dass nur die höchsten Werte der Kurve absolut kalibriert werden, während die übrigen Werte bei verschiedenen Wellenlängen als normierte relative Werte, bezogen auf den höchsten Wert, angegeben werden.
3. Die äquivalente Rauschleistung ist die erforderliche Leistung des einfallenden Lichtsignals, damit die vom optischen Signaldetektor erzeugte Ausgangssignalspannung dem Eigenrauschen des Geräts entspricht. Sie ist der Hauptfaktor, der die minimale optische Signalintensität bestimmt, die vom optischen Signaldetektor gemessen werden kann, d. h. die Detektionsempfindlichkeit.
4. Die spezifische Nachweisempfindlichkeit ist ein charakteristischer Parameter, der die inhärenten Eigenschaften des lichtempfindlichen Materials des Detektors beschreibt. Sie gibt die niedrigste einfallende Photonenstromdichte an, die mit einem optischen Signaldetektor gemessen werden kann. Ihr Wert kann je nach Betriebsbedingungen des Detektors und der Wellenlänge des gemessenen Lichtsignals (z. B. Umgebungstemperatur, angelegte Vorspannung usw.) variieren. Je größer die Detektorbandbreite und die Fläche des optischen Signaldetektors, desto geringer die äquivalente Rauschleistung (NEP) und desto höher die spezifische Nachweisempfindlichkeit. Eine höhere spezifische Nachweisempfindlichkeit des Detektors bedeutet, dass er sich für den Nachweis deutlich schwächerer optischer Signale eignet.
5. Die Quanteneffizienz Q ist ein weiterer wichtiger Kennwert optischer Signaldetektoren. Sie ist definiert als das Verhältnis der Anzahl quantifizierbarer „Antworten“, die von den Photonen im Detektor erzeugt werden, zur Anzahl der auf die Oberfläche des lichtempfindlichen Materials einfallenden Photonen. Bei Lichtsignaldetektoren, die auf Photonenemission basieren, entspricht die Quanteneffizienz beispielsweise dem Verhältnis der Anzahl der von der Oberfläche des lichtempfindlichen Materials emittierten Photoelektronen zur Anzahl der auf die Oberfläche projizierten Photonen des Messsignals. Bei einem optischen Signaldetektor mit pn-Übergangshalbleitermaterial als lichtempfindlichem Material wird die Quanteneffizienz berechnet, indem die Anzahl der durch das gemessene Lichtsignal erzeugten Elektron-Loch-Paare durch die Anzahl der einfallenden Signalphotonen dividiert wird. Eine weitere gängige Darstellung der Quanteneffizienz eines optischen Signaldetektors erfolgt über die Detektorresponsivität Rd.
6. Die Ansprechzeit ist ein wichtiger Parameter zur Charakterisierung der Reaktionsgeschwindigkeit des optischen Signaldetektors auf Intensitätsänderungen des gemessenen Lichtsignals. Wird das gemessene Lichtsignal in einen Lichtimpuls moduliert, muss die Intensität des durch dessen Einwirkung auf den Detektor erzeugten elektrischen Impulssignals nach einer gewissen Ansprechzeit auf den entsprechenden Maximalwert ansteigen und anschließend wieder auf den Ausgangswert Null abfallen. Um die Reaktion des Detektors auf die Intensitätsänderung des gemessenen Lichtsignals zu beschreiben, wird die Zeit, in der die Intensität des durch den einfallenden Lichtimpuls erzeugten elektrischen Signals von ihrem Maximalwert von 10 % auf 90 % ansteigt, als Anstiegszeit bezeichnet. Die Zeit, in der die Intensität des elektrischen Signalimpulses von ihrem Maximalwert von 90 % auf 10 % abfällt, wird als Abfallzeit bezeichnet.
7. Die Linearität des Ansprechverhaltens ist ein weiterer wichtiger Kennwert, der den funktionalen Zusammenhang zwischen dem Ansprechverhalten des optischen Signaldetektors und der Intensität des einfallenden Messlichtsignals beschreibt. Sie erfordert die Verwendung des Ausgangssignals desoptischer SignaldetektorDie Ansprechlinearität des optischen Signaldetektors muss innerhalb eines bestimmten Intensitätsbereichs proportional zur Eingangssignalintensität sein. Üblicherweise wird die prozentuale Abweichung von der Eingangs-Ausgangs-Linearität innerhalb des festgelegten Intensitätsbereichs des Eingangssignals als Ansprechlinearität des optischen Signaldetektors definiert.
Veröffentlichungsdatum: 12. August 2024