פרמטרים אופייניים בסיסיים של גלאי פוטו אופטיים

פרמטרים אופייניים בסיסיים של אות אופטיגלאי צילום:

לפני בחינת צורות שונות של גלאי פוטו, הפרמטרים האופייניים של ביצועי התפעול שלגלאי פוטו אופטייםמסוכמים. מאפיינים אלה כוללים רספונסיביות, תגובה ספקטרלית, הספק שווה ערך לרעש (NEP), גילוי ספציפי וגילוי ספציפי. D*), יעילות קוונטית וזמן תגובה.

1. רגישות התגובה Rd משמשת לאפיון רגישות התגובה של המכשיר לאנרגיית קרינה אופטית. היא מיוצגת על ידי היחס בין אות המוצא לאות הפוגע. מאפיין זה אינו משקף את מאפייני הרעש של המכשיר, אלא רק את יעילות המרת אנרגיית הקרינה האלקטרומגנטית לזרם או מתח. לכן, הוא עשוי להשתנות בהתאם לאורך הגל של אות האור הפוגע. בנוסף, מאפייני תגובת ההספק הם גם פונקציה של ההטיה המופעלת וטמפרטורת הסביבה.

2. מאפיין התגובה הספקטרלית הוא פרמטר המאפיין את הקשר בין מאפיין תגובת ההספק של גלאי האות האופטי לבין פונקציית הגל של האות האופטי הפוגע. מאפייני התגובה הספקטרלית של גלאי אותות אופטיים באורכי גל שונים מתוארים בדרך כלל באופן כמותי על ידי "עקומת תגובה ספקטרלית". יש לציין שרק מאפייני התגובה הספקטרלית הגבוהים ביותר בעקומה מכוילים לפי ערך מוחלט, ומאפייני התגובה הספקטרלית האחרים באורכי גל שונים באים לידי ביטוי בערכים יחסיים מנורמלים המבוססים על הערך הגבוה ביותר של מאפייני התגובה הספקטרלית.

3. הספק שווה הרעש הוא הספק אות האור הפוגע הנדרש כאשר מתח אות המוצא שנוצר על ידי גלאי האות האופטי שווה לרמת מתח הרעש הטבועה של המכשיר עצמו. זהו הגורם העיקרי שקובע את עוצמת האות האופטי המינימלית שניתן למדוד על ידי גלאי האות האופטי, כלומר, רגישות הגילוי.

4. רגישות גילוי ספציפית היא פרמטר אופייני המאפיין את המאפיינים הטבועים בחומר הרגיש לאור של הגלאי. היא מייצגת את צפיפות זרם הפוטון הפוגע הנמוכה ביותר שניתן למדוד על ידי גלאי אות אופטי. ערכה יכול להשתנות בהתאם לתנאי הפעולה של גלאי אורך הגל של אות האור הנמדד (כגון טמפרטורת הסביבה, הטיה מוחלת וכו'). ככל שרוחב הפס של הגלאי גדול יותר, כך שטח גלאי האות האופטי גדול יותר, כך הספק הרעש המקביל (NEP) קטן יותר, ורגישות הגילוי הספציפית גבוהה יותר. ככל שרגישות הגילוי הספציפית הגבוהה יותר של הגלאי, הוא מתאים לגילוי אותות אופטיים חלשים בהרבה.

5. יעילות קוונטית Q היא פרמטר מאפיין חשוב נוסף של גלאי אותות אופטיים. היא מוגדרת כיחס בין מספר ה"תגובות" הניתנות לכימות המיוצרות על ידי הפוטון בגלאי לבין מספר הפוטונים הפוגעים על פני השטח של החומר הרגיש לאור. לדוגמה, עבור גלאי אותות אור הפועלים על פליטת פוטונים, יעילות קוונטית היא היחס בין מספר הפוטואלקטרונים הנפלטים מפני השטח של החומר הרגיש לאור לבין מספר הפוטונים של האות הנמדד המוקרן על פני השטח. בגלאי אותות אופטי המשתמש בחומר מוליך למחצה בצומת pn כחומר רגיש לאור, יעילות הקוונטית של הגלאי מחושבת על ידי חלוקת מספר זוגות חורי האלקטרונים שנוצרו על ידי אות האור הנמדד במספר פוטוני האות הפוגעים. ייצוג נפוץ נוסף של יעילות הקוונטית של גלאי אותות אופטי הוא באמצעות תגובת הגלאי Rd.

6. זמן תגובה הוא פרמטר חשוב לאפיון מהירות התגובה של גלאי האות האופטי לשינוי עוצמת אות האור הנמדד. כאשר אות האור הנמדד מווסת לצורה של דופק אור, עוצמת האות החשמלי הדופק הנוצר על ידי פעולתו על הגלאי צריכה "לעלות" ל"שיא" המתאים לאחר זמן תגובה מסוים, ומה"שיא" ואז לרדת חזרה ל"ערך האפס" ההתחלתי המתאים לפעולת דופק האור. על מנת לתאר את תגובת הגלאי לשינוי עוצמת אות האור הנמדד, הזמן שבו עוצמת האות החשמלי הנוצר על ידי דופק האור הפוגע עולה מערכו הגבוה ביותר של 10% ל-90% נקרא "זמן עלייה", והזמן שבו צורת הגל של דופק האות החשמלי יורדת מערכו הגבוה ביותר של 90% ל-10% נקרא "זמן ירידה" או "זמן דעיכה".

7. ליניאריות תגובה היא פרמטר מאפיין חשוב נוסף המאפיין את הקשר הפונקציונלי בין תגובת גלאי האות האופטי לבין עוצמת אות האור הנמדד. זה דורש את הפלט של הגלאי אותות אופטילהיות פרופורציונלי בטווח מסוים של עוצמת האות האופטי הנמדד. בדרך כלל מוגדר כי הסטייה באחוזים מהליניאריות של קלט-פלט בטווח שצוין של עוצמת אות הקלט האופטי היא הליניאריות של התגובה של גלאי האות האופטי.