Grundlegende charakteristische Parameter des optischen SignalsFotodetektoren:
Bevor wir verschiedene Formen von Photodetektoren untersuchen, werden die charakteristischen Parameter der Betriebsleistung vonoptische Signalfotodetektorenwerden zusammengefasst. Zu diesen Eigenschaften gehören Empfindlichkeit, spektrale Empfindlichkeit, rauschäquivalente Leistung (NEP), spezifische Detektivität und spezifische Detektivität (D*), Quanteneffizienz und Reaktionszeit.
1. Die Empfindlichkeit Rd charakterisiert die Reaktionsempfindlichkeit des Geräts auf optische Strahlungsenergie. Sie wird durch das Verhältnis von Ausgangssignal zu Eingangssignal dargestellt. Diese Eigenschaft spiegelt nicht das Rauschverhalten des Geräts 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 Leistungsreaktionscharakteristik auch eine Funktion der angelegten Vorspannung und der Umgebungstemperatur.
2. Die spektrale Reaktionscharakteristik ist ein Parameter, der die Beziehung zwischen der Leistungsreaktionscharakteristik des optischen Signaldetektors und der Wellenlängenfunktion des einfallenden optischen Signals charakterisiert. Die spektralen Reaktionscharakteristiken optischer Signalfotodetektoren bei verschiedenen Wellenlängen werden üblicherweise quantitativ durch eine „spektrale Reaktionskurve“ beschrieben. Es ist zu beachten, dass nur die höchsten spektralen Reaktionscharakteristiken in der Kurve durch den Absolutwert kalibriert werden. Die anderen spektralen Reaktionscharakteristiken bei verschiedenen Wellenlängen werden durch normalisierte relative Werte basierend auf dem höchsten Wert der spektralen Reaktionscharakteristik ausgedrückt.
3. Die rauschäquivalente Leistung ist die Signalleistung des einfallenden Lichts, die erforderlich ist, wenn die vom optischen Signaldetektor erzeugte Ausgangssignalspannung dem inhärenten Rauschspannungspegel des Geräts selbst 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 Detektionsempfindlichkeit ist ein charakteristischer Parameter, der die inhärenten Eigenschaften des lichtempfindlichen Materials des Detektors beschreibt. Sie stellt die niedrigste einfallende Photonenstromdichte dar, die von einem optischen Signaldetektor gemessen werden kann. Ihr Wert kann je nach den Betriebsbedingungen des Wellenlängendetektors des gemessenen Lichtsignals (wie Umgebungstemperatur, angelegte Vorspannung usw.) variieren. Je größer die Detektorbandbreite, desto größer die optische Signaldetektorfläche, desto geringer die rauschäquivalente Leistung NEP und desto höher die spezifische Detektionsempfindlichkeit. Die höhere spezifische Detektionsempfindlichkeit des Detektors bedeutet, dass er für die Detektion deutlich schwächerer optischer Signale geeignet ist.
5. Die Quanteneffizienz Q ist ein weiterer wichtiger charakteristischer Parameter optischer Signaldetektoren. Sie ist definiert als das Verhältnis der Anzahl der quantifizierbaren „Reaktionen“, die vom Photomon im Detektor erzeugt werden, zur Anzahl der Photonen, die auf die Oberfläche des lichtempfindlichen Materials treffen. Bei Lichtsignaldetektoren, die mit Photonenemission arbeiten, ist die Quanteneffizienz beispielsweise das 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, der ein Halbleitermaterial mit pn-Übergang als lichtempfindliches Material verwendet, wird die Quanteneffizienz des Detektors berechnet, indem die Anzahl der vom gemessenen Lichtsignal erzeugten Elektron-Loch-Paare durch die Anzahl der einfallenden Signalphotonen geteilt wird. Eine andere gängige Darstellung der Quanteneffizienz eines optischen Signaldetektors ist die Detektorempfindlichkeit Rd.
6. Die Reaktionszeit 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 die Einwirkung auf den Detektor erzeugten elektrischen Impulssignals nach einer bestimmten Reaktionszeit bis zum entsprechenden Spitzenwert ansteigen und anschließend wieder auf den anfänglichen Nullwert abfallen, der der Einwirkung des Lichtimpulses entspricht. Um die Reaktion des Detektors auf Intensitätsänderungen des gemessenen Lichtsignals zu beschreiben, wird die Zeit, in der die Intensität des durch den einfallenden Lichtimpuls erzeugten elektrischen Signals von ihrem Höchstwert (10 %) auf 90 % ansteigt, als „Anstiegszeit“ bezeichnet. Die Zeit, in der die elektrische Signalwellenform von ihrem Höchstwert (90 %) auf 10 % abfällt, wird als „Abfallzeit“ oder „Abklingzeit“ bezeichnet.
7. Die Reaktionslinearität ist ein weiterer wichtiger Kennwert, der den funktionalen Zusammenhang zwischen der Reaktion des optischen Signaldetektors und der Intensität des einfallenden gemessenen Lichtsignals charakterisiert. Sie erfordert die Ausgabe desoptischer Signaldetektorinnerhalb eines bestimmten Bereichs proportional zur Intensität des gemessenen optischen Signals sein. Üblicherweise wird die prozentuale Abweichung von der Eingangs-/Ausgangslinearität innerhalb des angegebenen Bereichs der Eingangssignalintensität als Reaktionslinearität des optischen Signaldetektors definiert.
Veröffentlichungszeit: 12. August 2024