Parametri caratteristici di base dei fotorivelatori di segnale ottico

Parametri caratteristici di base del segnale otticofotorilevatori:

Prima di esaminare le varie forme di fotorivelatori, i parametri caratteristici delle prestazioni operative difotorivelatori di segnale otticovengono riassunte. Queste caratteristiche includono responsività, risposta spettrale, potenza equivalente di rumore (NEP), detectività specifica e detectività specifica. D*), efficienza quantica e tempo di risposta.

1. La responsività 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 di potenza sono anche funzione della polarizzazione applicata e della temperatura ambiente.

2. La caratteristica di risposta spettrale è un parametro che descrive la relazione tra la caratteristica di risposta in potenza del rivelatore di segnale ottico e la funzione della 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 i valori più elevati della curva di risposta spettrale sono calibrati in valore assoluto, mentre gli altri valori a diverse lunghezze d'onda sono espressi in valori relativi normalizzati rispetto al valore più elevato.

3. La potenza equivalente di rumore è la potenza del segnale luminoso incidente necessaria affinché la tensione del segnale di uscita generata dal rivelatore di segnale ottico sia 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 rivelatore di segnale ottico, ovvero la sensibilità di rilevamento.

4. La sensibilità di rilevamento specifica è un parametro caratteristico che descrive le proprietà intrinseche del materiale fotosensibile del rivelatore. Rappresenta la minima densità di corrente di fotoni incidenti misurabile da un rivelatore di segnale ottico. 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 di 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 dei rivelatori di segnali ottici. È definita come il rapporto tra il numero di "risposte" quantificabili prodotte dai fotoni nel rivelatore e il numero di fotoni incidenti sulla superficie del materiale fotosensibile. Ad esempio, per i rivelatori di segnali luminosi che operano 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 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 elettrone-lacuna 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 tramite la responsività Rd del rivelatore.

6. Il tempo di risposta è un parametro importante per caratterizzare la velocità di risposta del rivelatore di segnale ottico alla variazione di intensità del segnale luminoso misurato. Quando il segnale luminoso misurato viene modulato in forma di impulso luminoso, l'intensità del segnale elettrico impulsivo generato dalla sua azione sul rivelatore deve "aumentare" fino al corrispondente "picco" dopo un certo tempo di risposta, e dal "picco" poi diminuire fino al "valore zero" iniziale corrispondente all'azione dell'impulso luminoso. Per descrivere la risposta del rivelatore alla variazione di intensità del segnale luminoso misurato, il tempo necessario affinché l'intensità del segnale elettrico generato dall'impulso luminoso incidente aumenti dal suo valore massimo del 10% al 90% è chiamato "tempo di salita", e il tempo necessario affinché la forma d'onda dell'impulso del segnale elettrico diminuisca 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. Solitamente si definisce la linearità di risposta del rivelatore di segnale ottico come la deviazione percentuale dalla linearità ingresso-uscita entro l'intervallo specificato dell'intensità del segnale ottico in ingresso.