פרמטרים אופייניים בסיסיים של גלאי צילום אות אופטיים

פרמטרים אופייניים בסיסיים של אות אופטיגלאי צילום:

לפני בחינת צורות שונות של photodetectors, הפרמטרים האופייניים של ביצועי ההפעלה שלגלאי צילום של אותות אופטייםמסוכמים. מאפיינים אלה כוללים תגובתיות, תגובה ספקטרלית, הספק שווה ערך לרעש (NEP), גילוי ספציפי וגילוי ספציפי. D*), יעילות קוונטית וזמן תגובה.

1. תגובה Rd משמשת לאפיון רגישות התגובה של המכשיר לאנרגיית קרינה אופטית. הוא מיוצג על ידי היחס בין אות פלט לאות תקרית. מאפיין זה אינו משקף את מאפייני הרעש של המכשיר, אלא רק את היעילות של המרת אנרגיית קרינה אלקטרומגנטית לזרם או למתח. לכן, זה עשוי להשתנות עם אורך הגל של אות האור הנכנס. בנוסף, מאפייני תגובת הכוח הם גם פונקציה של ההטיה המיושמת וטמפרטורת הסביבה.

2. מאפיין התגובה הספקטרלית הוא פרמטר המאפיין את הקשר בין תגובת ההספק של גלאי האותות האופטי לבין פונקציית אורך הגל של האות האופטי המתרחש. מאפייני התגובה הספקטרלית של גלאי צילום של אותות אופטיים באורכי גל שונים מתוארים בדרך כלל כמותית על ידי "עקומת תגובה ספקטרלית". יש לציין שרק מאפייני התגובה הספקטרלית הגבוהה ביותר בעקומה מכוילים לפי ערך מוחלט, ושאר מאפייני התגובה הספקטרלית באורכי גל שונים מתבטאים בערכים יחסיים מנורמלים המבוססים על הערך הגבוה ביותר של מאפייני התגובה הספקטרלית.

3. ההספק המקביל לרעש הוא הספק אות האור הנכנס הנדרש כאשר מתח אות המוצא שנוצר על ידי גלאי האותות האופטי שווה לרמת מתח הרעש המובנית של המכשיר עצמו. זהו הגורם העיקרי שקובע את עוצמת האות האופטי המינימלית שניתן למדוד על ידי גלאי האותות האופטי, כלומר, רגישות הזיהוי.

4. רגישות זיהוי ספציפית היא פרמטר אופייני המאפיין את המאפיינים המובנים של החומר הרגיש לאור של הגלאי. הוא מייצג את צפיפות זרם הפוטונים הנמוכה ביותר שניתן למדוד על ידי גלאי אותות אופטי. ערכו יכול להשתנות בהתאם לתנאי ההפעלה של גלאי אורך הגל של אות האור הנמדד (כגון טמפרטורת הסביבה, הטיה מופעלת וכו'). ככל שרוחב הפס של הגלאי גדול יותר, כך שטח גלאי האותות האופטי גדול יותר, כך קטן יותר הספק המקביל לרעשים NEP, ורגישות הזיהוי הספציפית גבוהה יותר. רגישות הזיהוי הספציפית הגבוהה יותר של הגלאי פירושה שהוא מתאים לזיהוי אותות אופטיים חלשים בהרבה.

5. יעילות קוונטית Q היא פרמטר מאפיין חשוב נוסף של גלאי אותות אופטי. הוא מוגדר כיחס בין מספר ה"תגובות" הניתנות לכימות שמייצר הפוטימון בגלאי למספר הפוטונים המתרחשים על פני החומר הרגיש לאור. לדוגמה, עבור גלאי אותות אור הפועלים על פליטת פוטון, יעילות קוונטית היא היחס בין מספר הפוטואלקטרונים הנפלטים מפני השטח של החומר הרגיש לאור למספר הפוטונים של האות הנמדד המוקרן על פני השטח. בגלאי אותות אופטי המשתמש בחומר מוליכים למחצה של צומת pn כחומר רגיש לאור, היעילות הקוונטית של הגלאי מחושבת על ידי חלוקת מספר זוגות חורי האלקטרונים שנוצרו על ידי אות האור הנמדד במספר הפוטונים של האותות. ייצוג נפוץ נוסף של היעילות הקוונטית של גלאי אותות אופטי הוא באמצעות תגובת הגלאי Rd.

6. זמן תגובה הוא פרמטר חשוב לאפיון מהירות התגובה של גלאי האותות האופטי לשינוי עוצמת אות האור הנמדד. כאשר אות האור הנמדד מאופנן לצורת דופק אור, עוצמת האות החשמלי הדופק שנוצר על ידי פעולתו על הגלאי צריכה "לעלות" ל"שיא" המקביל לאחר זמן תגובה מסוים, ומה" peak" ולאחר מכן לרדת בחזרה ל"ערך האפס" הראשוני המתאים לפעולת דופק האור. על מנת לתאר את תגובת הגלאי לשינוי העוצמה של אות האור הנמדד, הזמן שבו עוצמת האות החשמלי שנוצר על ידי דופק האור הנכנס עולה מערכו הגבוה ביותר של 10% ל-90% נקרא "עלייה זמן", והזמן שבו צורת גל הדופק של האות החשמלי נופל מערכו הגבוה ביותר של 90% ל-10% נקרא "זמן הנפילה" או "זמן דעיכה".

7. ליניאריות תגובה היא פרמטר מאפיין חשוב נוסף המאפיין את הקשר הפונקציונלי בין תגובת גלאי האותות האופטי לעוצמת אות האור הנמדד באירוע. זה דורש את הפלט שלגלאי אותות אופטילהיות פרופורציונלי בטווח מסוים של עוצמת האות האופטי הנמדד. בדרך כלל מוגדר שאחוז החריגה מהלינאריות של קלט-פלט בטווח שצוין של עוצמת האות האופטי של הכניסה היא ליניאריות התגובה של גלאי האותות האופטי.