Parametri caratteristici di base dei fotorivelatori di segnali ottici

Parametri caratteristici fondamentali del segnale otticofotorilevatori:

Prima di esaminare varie forme di fotorivelatori, i parametri caratteristici delle prestazioni operative difotorilevatori di segnali otticisono riassunti. Queste caratteristiche includono reattività, risposta spettrale, potenza equivalente al rumore (NEP), rilevabilità specifica e rilevabilità specifica. D*), efficienza quantistica e tempo di risposta.

1. la responsività Rd viene utilizzata per caratterizzare la sensibilità di risposta del dispositivo all'energia della radiazione ottica. È rappresentato 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 di potenza del rilevatore di segnale ottico e la funzione della lunghezza d'onda del segnale ottico incidente. Le caratteristiche di risposta spettrale dei fotorilevatori di segnali ottici a diverse lunghezze d'onda sono solitamente descritte quantitativamente dalla "curva di risposta spettrale". Va notato che solo le caratteristiche di risposta spettrale più elevate nella curva sono calibrate in base al valore assoluto, e le altre caratteristiche di risposta spettrale a diverse lunghezze d'onda sono espresse da valori relativi normalizzati basati sul valore più alto delle caratteristiche di risposta spettrale.

3. La potenza equivalente al 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 del rumore intrinseco del dispositivo stesso. È il fattore principale che determina l'intensità minima del segnale ottico che può essere misurata 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 rilevatore. Rappresenta la densità di corrente fotonica incidente più bassa che può essere misurata da un rilevatore di segnale ottico. Il suo valore può variare in base alle condizioni operative del rilevatore di lunghezza d'onda del segnale luminoso misurato (come temperatura ambiente, polarizzazione applicata, ecc.). Maggiore è la larghezza di banda del rilevatore, maggiore è l'area del rilevatore del segnale ottico, minore è la potenza equivalente di rumore NEP e maggiore è la sensibilità di rilevamento specifica. La maggiore sensibilità di rilevamento specifica del rilevatore lo rende adatto al rilevamento di segnali ottici molto più deboli.

5. L'efficienza quantica Q è un altro importante parametro caratteristico del rilevatore di segnale ottico. È definito 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 rilevatori di segnali luminosi che funzionano sull'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 rilevatore di segnali ottici che utilizza materiale semiconduttore a giunzione pn come materiale fotosensibile, l'efficienza quantistica del rilevatore viene calcolata dividendo il numero di coppie di lacune elettroniche generate dal segnale luminoso misurato per il numero di fotoni del segnale incidente. Un'altra rappresentazione comune dell'efficienza quantistica di un rilevatore di segnali ottici è mediante la reattività del rilevatore Rd.

6. Il tempo di risposta è un parametro importante per caratterizzare la velocità di risposta del rilevatore di segnale ottico 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 dell'impulso generato dalla sua azione sul rilevatore deve "salire" al "picco" corrispondente dopo un certo tempo di risposta, e dal " picco” per poi ricadere 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 di luce incidente aumenta dal suo valore massimo del 10% al 90% è chiamato “aumento tempo” e il tempo in cui la forma d’onda dell’impulso del segnale elettrico scende dal suo valore massimo del 90% al 10% è chiamato “tempo di caduta” o “tempo di decadimento”.

7. La linearità della risposta è un altro parametro caratteristico importante che caratterizza la relazione funzionale tra la risposta del rilevatore di segnale ottico e l'intensità del segnale luminoso misurato incidente. Richiede l'output del filerilevatore di segnali otticiessere proporzionale entro un certo intervallo dell'intensità del segnale ottico misurato. Di solito viene definito che la deviazione percentuale dalla linearità di ingresso-uscita all'interno dell'intervallo specificato dell'intensità del segnale ottico di ingresso è la linearità di risposta del rilevatore di segnale ottico.