پارامترهای مشخصه اصلی آشکارسازهای نوری سیگنال نوری

پارامترهای مشخصه اصلی سیگنال نوریردیاب های نوری:

قبل از بررسی اشکال مختلف آشکارسازهای نوری، پارامترهای مشخصه عملکرد عملیاتیآشکارسازهای نوری سیگنال نوریخلاصه می شوند. این ویژگی ها عبارتند از پاسخگویی، پاسخ طیفی، توان معادل نویز (NEP)، آشکارسازی خاص و تشخیص خاص. D*)، راندمان کوانتومی و زمان پاسخ.

1. پاسخگویی Rd برای مشخص کردن حساسیت پاسخ دستگاه به انرژی تابش نوری استفاده می شود. با نسبت سیگنال خروجی به سیگنال برخوردی نشان داده می شود. این مشخصه ویژگی های نویز دستگاه را منعکس نمی کند، بلکه فقط کارایی تبدیل انرژی تابش الکترومغناطیسی به جریان یا ولتاژ را نشان می دهد. بنابراین، ممکن است با طول موج سیگنال نور فرودی تغییر کند. علاوه بر این، ویژگی های پاسخ قدرت نیز تابعی از بایاس اعمال شده و دمای محیط هستند.

2. مشخصه پاسخ طیفی پارامتری است که رابطه بین مشخصه پاسخ توان آشکارساز سیگنال نوری و تابع طول موج سیگنال نوری فرودی را مشخص می کند. ویژگی های پاسخ طیفی آشکارسازهای نوری سیگنال نوری در طول موج های مختلف معمولاً به صورت کمی توسط "منحنی پاسخ طیفی" توصیف می شود. لازم به ذکر است که تنها بالاترین ویژگی های پاسخ طیفی در منحنی با مقدار مطلق کالیبره می شوند و سایر ویژگی های پاسخ طیفی در طول موج های مختلف با مقادیر نسبی نرمال شده بر اساس بالاترین مقدار مشخصه های پاسخ طیفی بیان می شوند.

3. توان معادل نویز، قدرت سیگنال نور فرودی است که زمانی که ولتاژ سیگنال خروجی تولید شده توسط آشکارساز سیگنال نوری برابر با سطح ولتاژ نویز ذاتی خود دستگاه باشد، مورد نیاز است. این عامل اصلی است که حداقل شدت سیگنال نوری را تعیین می کند که می تواند توسط آشکارساز سیگنال نوری اندازه گیری شود، یعنی حساسیت تشخیص.

4. حساسیت تشخیص خاص یک پارامتر مشخصه است که ویژگی های ذاتی مواد حساس به نور آشکارساز را مشخص می کند. این نشان دهنده کمترین چگالی جریان فوتون فرودی است که می تواند توسط یک آشکارساز سیگنال نوری اندازه گیری شود. مقدار آن می تواند با توجه به شرایط عملکرد آشکارساز طول موج سیگنال نور اندازه گیری شده (مانند دمای محیط، بایاس اعمال شده و غیره) متفاوت باشد. هرچه پهنای باند آشکارساز بزرگتر باشد، ناحیه آشکارساز سیگنال نوری بزرگتر، توان معادل نویز NEP کمتر و حساسیت تشخیص ویژه بالاتر است. حساسیت تشخیص ویژه بالاتر آشکارساز به این معنی است که برای تشخیص سیگنال های نوری بسیار ضعیف تر مناسب است.

5. راندمان کوانتومی Q یکی دیگر از پارامترهای مشخصه مهم آشکارساز سیگنال نوری است. به عنوان نسبت تعداد «پاسخ‌های» قابل سنجش تولید شده توسط فتومون در آشکارساز به تعداد فوتون‌هایی که روی سطح ماده حساس به نور برخورد می‌کنند، تعریف می‌شود. به عنوان مثال، برای آشکارسازهای سیگنال نوری که بر روی گسیل فوتون کار می کنند، بازده کوانتومی نسبت تعداد فوتوالکترون های ساطع شده از سطح ماده حساس به نور به تعداد فوتون های سیگنال اندازه گیری شده بر روی سطح است. در آشکارساز سیگنال نوری که از مواد نیمه هادی اتصال pn به عنوان ماده حساس به نور استفاده می کند، بازده کوانتومی آشکارساز با تقسیم تعداد جفت حفره های الکترونی تولید شده توسط سیگنال نور اندازه گیری شده بر تعداد فوتون های سیگنال فرودی محاسبه می شود. یکی دیگر از نمایش‌های رایج بازده کوانتومی آشکارساز سیگنال نوری با استفاده از پاسخ‌دهی آشکارساز Rd است.

6. زمان پاسخ یک پارامتر مهم برای مشخص کردن سرعت پاسخ آشکارساز سیگنال نوری به تغییر شدت سیگنال نور اندازه گیری شده است. هنگامی که سیگنال نور اندازه‌گیری شده به شکل یک پالس نوری مدوله می‌شود، شدت سیگنال الکتریکی پالس تولید شده از اثر آن روی آشکارساز باید پس از یک زمان پاسخ معین به اوج مربوطه افزایش یابد، و از پیک» و سپس به «مقدار صفر» اولیه مربوط به عملکرد پالس نور برمی گردد. به منظور توصیف پاسخ آشکارساز به تغییر شدت سیگنال نور اندازه گیری شده، زمانی که شدت سیگنال الکتریکی تولید شده توسط پالس نور تابشی از بالاترین مقدار خود یعنی 10% به 90% افزایش می یابد، "خیز" نامیده می شود. زمان" و زمانی که شکل موج پالس سیگنال الکتریکی از بالاترین مقدار خود یعنی 90٪ به 10٪ کاهش می یابد، "زمان سقوط" یا "زمان فروپاشی" نامیده می شود.

7. خطی بودن پاسخ یکی دیگر از پارامترهای مشخصه مهم است که رابطه عملکردی بین پاسخ آشکارساز سیگنال نوری و شدت سیگنال نور اندازه گیری شده را مشخص می کند. این نیاز به خروجی ازآشکارساز سیگنال نوریدر محدوده معینی با شدت سیگنال نوری اندازه گیری شده متناسب باشد. معمولاً تعریف می شود که درصد انحراف از خطی بودن ورودی-خروجی در محدوده مشخص شده شدت سیگنال نوری ورودی، خطی بودن پاسخ آشکارساز سیگنال نوری است.