Parametri caratteristici di base dei fotodetector di segnali ottici

Parametri caratteristici di base del segnale otticofotorilevatori:

Prima di esaminare le varie forme di fotodetectori, i parametri caratteristici delle prestazioni operative difotodetector di segnali otticiSono riassunte. Queste caratteristiche includono reattività, risposta spettrale, potenza equivalente al rumore (NEP), rilevabilità specifica e rilevabilità specifica D*, efficienza quantica e tempo di risposta.

1. La reattività Rd viene utilizzata per caratterizzare la sensibilità di risposta del dispositivo all'energia della radiazione ottica. È rappresentata dal rapporto tra il segnale di uscita e il segnale incidente. Questa caratteristica non riflette le caratteristiche di rumore del dispositivo, ma solo l'efficienza di conversione dell'energia della radiazione elettromagnetica in corrente o tensione. Pertanto, può variare con la lunghezza d'onda del segnale luminoso incidente. Inoltre, le caratteristiche di risposta in potenza sono anche funzione della polarizzazione applicata e della temperatura ambiente.

2. La caratteristica di risposta spettrale è un parametro che caratterizza la relazione tra la caratteristica di risposta in potenza del rivelatore di segnale ottico e la funzione di lunghezza d'onda del segnale ottico incidente. Le caratteristiche di risposta spettrale dei fotorivelatori di segnale ottico a diverse lunghezze d'onda sono solitamente descritte quantitativamente dalla "curva di risposta spettrale". È importante notare che solo le caratteristiche di risposta spettrale più elevate nella curva sono calibrate in valore assoluto, mentre le altre caratteristiche di risposta spettrale a diverse lunghezze d'onda sono espresse da valori relativi normalizzati basati sul valore più elevato delle caratteristiche di risposta spettrale.

3. La potenza equivalente di rumore è la potenza del segnale luminoso incidente richiesta quando la tensione del segnale di uscita generata dal rilevatore di segnale ottico è uguale al livello di tensione di rumore intrinseco del dispositivo stesso. È il fattore principale che determina l'intensità minima del segnale ottico misurabile dal rilevatore di segnale ottico, ovvero la sensibilità di rilevamento.

4. La sensibilità di rilevamento specifica è un parametro caratteristico che caratterizza le caratteristiche intrinseche del materiale fotosensibile del rivelatore. Rappresenta la più bassa densità di corrente di fotoni incidenti che può essere misurata da un rivelatore di segnali ottici. Il suo valore può variare in base alle condizioni operative del rivelatore di lunghezza d'onda del segnale luminoso misurato (come temperatura ambiente, polarizzazione applicata, ecc.). Maggiore è la larghezza di banda del rivelatore, maggiore è l'area del rivelatore del segnale ottico, minore è la potenza equivalente di rumore (NEP) e maggiore è la sensibilità di rilevamento specifica. Una maggiore sensibilità di rilevamento specifica del rivelatore significa che è adatto al rilevamento di segnali ottici molto più deboli.

5. L'efficienza quantica Q è un altro importante parametro caratteristico del rivelatore di segnali ottici. È definita come il rapporto tra il numero di "risposte" quantificabili prodotte dal fotomone nel rivelatore e il numero di fotoni incidenti sulla superficie del materiale fotosensibile. Ad esempio, per i rivelatori di segnali luminosi che operano tramite emissione di fotoni, l'efficienza quantica è il rapporto tra il numero di fotoelettroni emessi dalla superficie del materiale fotosensibile e il numero di fotoni del segnale misurato proiettati sulla superficie. In un rivelatore di segnali ottici che utilizza un materiale semiconduttore a giunzione pn come materiale fotosensibile, l'efficienza quantica del rivelatore viene calcolata dividendo il numero di coppie di elettroni e lacune generate dal segnale luminoso misurato per il numero di fotoni del segnale incidenti. Un'altra rappresentazione comune dell'efficienza quantica di un rivelatore di segnali ottici è la responsività del rivelatore Rd.

6. Il tempo di risposta è un parametro importante per caratterizzare la velocità di risposta del rilevatore di segnali ottici alla variazione di intensità del segnale luminoso misurato. Quando il segnale luminoso misurato viene modulato sotto forma di impulso luminoso, l'intensità del segnale elettrico impulsivo generato dalla sua azione sul rilevatore deve "aumentare" fino al corrispondente "picco" dopo un certo tempo di risposta, e dal "picco" deve poi tornare al "valore zero" iniziale corrispondente all'azione dell'impulso luminoso. Per descrivere la risposta del rilevatore alla variazione di intensità del segnale luminoso misurato, il tempo in cui l'intensità del segnale elettrico generato dall'impulso luminoso incidente aumenta dal suo valore massimo del 10% al 90% è chiamato "tempo di salita", mentre il tempo in cui la forma d'onda dell'impulso del segnale elettrico diminuisce dal suo valore massimo del 90% al 10% è chiamato "tempo di discesa" o "tempo di decadimento".

7. La linearità della risposta è un altro importante parametro caratteristico che caratterizza la relazione funzionale tra la risposta del rivelatore di segnale ottico e l'intensità del segnale luminoso incidente misurato. Richiede l'uscita delrilevatore di segnale otticoessere proporzionale entro un certo intervallo dell'intensità del segnale ottico misurato. Di solito si definisce la linearità di risposta del rivelatore del segnale ottico come la deviazione percentuale dalla linearità di ingresso-uscita entro l'intervallo specificato dell'intensità del segnale ottico di ingresso.