Paràmetres característics bàsics dels fotodetectors de senyal òptic

Paràmetres característics bàsics del senyal òpticfotodetectors:

Abans d'examinar diverses formes de fotodetectors, els paràmetres característics del rendiment operatiu defotodetectors de senyal òptices resumeixen. Aquestes característiques inclouen la responsivitat, la resposta espectral, la potència equivalent al soroll (NEP), la detectivitat específica i la detectivitat específica. D*), l'eficiència quàntica i el temps de resposta.

1. La responsivitat Rd s'utilitza per caracteritzar la sensibilitat de resposta del dispositiu a l'energia de la radiació òptica. Es representa per la relació entre el senyal de sortida i el senyal incident. Aquesta característica no reflecteix les característiques de soroll del dispositiu, sinó només l'eficiència de convertir l'energia de la radiació electromagnètica en corrent o voltatge. Per tant, pot variar amb la longitud d'ona del senyal de llum incident. A més, les característiques de resposta de potència també són funció de la polarització aplicada i de la temperatura ambient.

2. La característica de resposta espectral és un paràmetre que caracteritza la relació entre la característica de resposta de potència del detector de senyal òptic i la funció de longitud d'ona del senyal òptic incident. Les característiques de resposta espectral dels fotodetectors de senyal òptic a diferents longituds d'ona es descriuen normalment quantitativament mitjançant una "corba de resposta espectral". Cal tenir en compte que només les característiques de resposta espectral més altes de la corba es calibren mitjançant un valor absolut, i les altres característiques de resposta espectral a diferents longituds d'ona s'expressen mitjançant valors relatius normalitzats basats en el valor més alt de les característiques de resposta espectral.

3. La potència equivalent de soroll és la potència del senyal de llum incident necessària quan el voltatge del senyal de sortida generat pel detector de senyal òptic és igual al nivell de voltatge de soroll inherent del propi dispositiu. És el factor principal que determina la intensitat mínima del senyal òptic que pot mesurar el detector de senyal òptic, és a dir, la sensibilitat de detecció.

4. La sensibilitat de detecció específica és un paràmetre característic que caracteritza les característiques inherents del material fotosensible del detector. Representa la densitat de corrent de fotònic incident més baixa que pot mesurar un detector de senyal òptic. El seu valor pot variar segons les condicions de funcionament del detector de longitud d'ona del senyal de llum mesurat (com ara la temperatura ambient, la polarització aplicada, etc.). Com més gran sigui l'amplada de banda del detector, més gran serà l'àrea del detector de senyal òptic, més petita serà la potència equivalent de soroll NEP i més alta serà la sensibilitat de detecció específica. La sensibilitat de detecció específica més alta del detector significa que és adequat per a la detecció de senyals òptics molt més febles.

5. L'eficiència quàntica Q és un altre paràmetre característic important del detector de senyal òptic. Es defineix com la relació entre el nombre de "respostes" quantificables produïdes pel fotòmon al detector i el nombre de fotons incidents a la superfície del material fotosensible. Per exemple, per als detectors de senyal de llum que funcionen amb emissió de fotons, l'eficiència quàntica és la relació entre el nombre de fotoelectrons emesos des de la superfície del material fotosensible i el nombre de fotons del senyal mesurat projectats a la superfície. En un detector de senyal òptic que utilitza material semiconductor de unió pn com a material fotosensible, l'eficiència quàntica del detector es calcula dividint el nombre de parells de forats d'electrons generats pel senyal de llum mesurat pel nombre de fotons del senyal incidents. Una altra representació comuna de l'eficiència quàntica d'un detector de senyal òptic és mitjançant la responsivitat Rd del detector.

6. El temps de resposta és un paràmetre important per caracteritzar la velocitat de resposta del detector de senyal òptic al canvi d'intensitat del senyal de llum mesurat. Quan el senyal de llum mesurat es modula en forma d'un pols de llum, la intensitat del senyal elèctric del pols generat per la seva acció sobre el detector ha de "pujar" fins al "pic" corresponent després d'un cert temps de resposta, i des del "pic" i després tornar al "valor zero" inicial corresponent a l'acció del pols de llum. Per descriure la resposta del detector al canvi d'intensitat del senyal de llum mesurat, el temps en què la intensitat del senyal elèctric generat pel pols de llum incident augmenta del seu valor més alt del 10% al 90% s'anomena "temps de pujada", i el temps en què la forma d'ona del pols del senyal elèctric cau del seu valor més alt del 90% al 10% s'anomena "temps de caiguda" o "temps de decaïment".

7. La linealitat de la resposta és un altre paràmetre característic important que caracteritza la relació funcional entre la resposta del detector de senyal òptic i la intensitat del senyal de llum incident mesurat. Requereix la sortida deldetector de senyal òpticser proporcional dins d'un cert rang de la intensitat del senyal òptic mesurat. Normalment es defineix que el percentatge de desviació de la linealitat d'entrada-sortida dins del rang especificat de la intensitat del senyal òptic d'entrada és la linealitat de resposta del detector de senyal òptic.