پارامترهای مشخصه اساسی آشکارسازهای نوری سیگنال نوری

پارامترهای مشخصه اساسی سیگنال نوریآشکارسازهای نوری:

قبل از بررسی اشکال مختلف آشکارسازهای نوری، پارامترهای مشخصه عملکرد عملیاتی آنهاآشکارسازهای نوری سیگنالخلاصه شده‌اند. این ویژگی‌ها شامل پاسخگویی، پاسخ طیفی، توان معادل نویز (NEP)، آشکارسازی ویژه و آشکارسازی ویژه. D*)، بازده کوانتومی و زمان پاسخ هستند.

۱. پاسخ‌دهی Rd برای توصیف حساسیت پاسخ دستگاه به انرژی تابش نوری استفاده می‌شود. این مشخصه با نسبت سیگنال خروجی به سیگنال تابشی نشان داده می‌شود. این مشخصه، ویژگی‌های نویز دستگاه را منعکس نمی‌کند، بلکه فقط بازده تبدیل انرژی تابش الکترومغناطیسی به جریان یا ولتاژ را نشان می‌دهد. بنابراین، ممکن است با طول موج سیگنال نور تابشی تغییر کند. علاوه بر این، ویژگی‌های پاسخ توان نیز تابعی از بایاس اعمال شده و دمای محیط هستند.

۲. مشخصه پاسخ طیفی پارامتری است که رابطه بین مشخصه پاسخ توان آشکارساز سیگنال نوری و تابع طول موج سیگنال نوری فرودی را مشخص می‌کند. مشخصه‌های پاسخ طیفی آشکارسازهای نوری سیگنال نوری در طول موج‌های مختلف معمولاً به صورت کمی توسط «منحنی پاسخ طیفی» توصیف می‌شوند. لازم به ذکر است که تنها بالاترین مشخصه‌های پاسخ طیفی در منحنی با مقدار مطلق کالیبره می‌شوند و سایر مشخصه‌های پاسخ طیفی در طول موج‌های مختلف با مقادیر نسبی نرمال شده بر اساس بالاترین مقدار مشخصه‌های پاسخ طیفی بیان می‌شوند.

۳. توان معادل نویز، توان سیگنال نور فرودی مورد نیاز است، زمانی که ولتاژ سیگنال خروجی تولید شده توسط آشکارساز سیگنال نوری برابر با سطح ولتاژ نویز ذاتی خود دستگاه باشد. این عامل اصلی تعیین کننده حداقل شدت سیگنال نوری قابل اندازه گیری توسط آشکارساز سیگنال نوری، یعنی حساسیت تشخیص، است.

۴. حساسیت تشخیص ویژه، پارامتر مشخصه ای است که ویژگی های ذاتی ماده حساس به نور آشکارساز را مشخص می کند. این پارامتر، کمترین چگالی جریان فوتون فرودی را که می تواند توسط یک آشکارساز سیگنال نوری اندازه گیری شود، نشان می دهد. مقدار آن می تواند بسته به شرایط عملیاتی آشکارساز طول موج سیگنال نوری اندازه گیری شده (مانند دمای محیط، بایاس اعمال شده و غیره) متفاوت باشد. هرچه پهنای باند آشکارساز بزرگتر باشد، مساحت آشکارساز سیگنال نوری بزرگتر، توان معادل نویز NEP کوچکتر 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.

۵. بازده کوانتومی Q یکی دیگر از پارامترهای مهم مشخصه آشکارساز سیگنال نوری است. این پارامتر به صورت نسبت تعداد «پاسخ‌های» قابل اندازه‌گیری تولید شده توسط فوتون در آشکارساز به تعداد فوتون‌های فرودی بر سطح ماده حساس به نور تعریف می‌شود. به عنوان مثال، برای آشکارسازهای سیگنال نوری که با انتشار فوتون کار می‌کنند، بازده کوانتومی نسبت تعداد فوتوالکترون‌های تابش شده از سطح ماده حساس به نور به تعداد فوتون‌های سیگنال اندازه‌گیری شده تابیده شده بر سطح است. در یک آشکارساز سیگنال نوری که از ماده نیمه‌هادی پیوند pn به عنوان ماده حساس به نور استفاده می‌کند، بازده کوانتومی آشکارساز با تقسیم تعداد جفت‌های حفره الکترونی تولید شده توسط سیگنال نوری اندازه‌گیری شده بر تعداد فوتون‌های سیگنال فرودی محاسبه می‌شود. یکی دیگر از روش‌های رایج برای نمایش بازده کوانتومی یک آشکارساز سیگنال نوری، استفاده از پاسخ‌دهی آشکارساز Rd است.

۶. زمان پاسخ، پارامتر مهمی برای توصیف سرعت پاسخ آشکارساز سیگنال نوری به تغییر شدت سیگنال نوری اندازه‌گیری شده است. هنگامی که سیگنال نوری اندازه‌گیری شده به شکل یک پالس نوری مدوله می‌شود، شدت سیگنال الکتریکی پالس تولید شده توسط عملکرد آن بر روی آشکارساز باید پس از یک زمان پاسخ مشخص، به «پیک» مربوطه «افزایش» یابد و از «پیک» به «مقدار صفر» اولیه مربوط به عملکرد پالس نوری بازگردد. برای توصیف پاسخ آشکارساز به تغییر شدت سیگنال نوری اندازه‌گیری شده، زمانی که شدت سیگنال الکتریکی تولید شده توسط پالس نوری فرودی از بالاترین مقدار خود یعنی ۱۰٪ به ۹۰٪ افزایش می‌یابد، «زمان افزایش» نامیده می‌شود و زمانی که شکل موج پالس سیگنال الکتریکی از بالاترین مقدار خود یعنی ۹۰٪ به ۱۰٪ کاهش می‌یابد، «زمان کاهش» یا «زمان کاهش» نامیده می‌شود.

۷. خطی بودن پاسخ، پارامتر مشخصه مهم دیگری است که رابطه عملکردی بین پاسخ آشکارساز سیگنال نوری و شدت سیگنال نوری اندازه‌گیری شده فرودی را مشخص می‌کند. این پارامتر به خروجی ... نیاز دارد.آشکارساز سیگنال نوریمتناسب بودن در محدوده مشخصی از شدت سیگنال نوری اندازه‌گیری شده. معمولاً تعریف می‌شود که درصد انحراف از خطی بودن ورودی-خروجی در محدوده مشخص شده شدت سیگنال نوری ورودی، خطی بودن پاسخ آشکارساز سیگنال نوری است.