Parâmetros característicos básicos de fotodetectores de sinal óptico

Parâmetros característicos básicos do sinal ópticofotodetectores:

Antes de examinarmos as diversas formas de fotodetectores, é importante analisar os parâmetros característicos do desempenho operacional dos mesmos.fotodetectores de sinal ópticosão resumidas. Essas características incluem responsividade, resposta espectral, potência equivalente de ruído (NEP), detectividade específica (D*), eficiência quântica e tempo de resposta.

1. A responsividade Rd é usada para caracterizar a sensibilidade de resposta do dispositivo à energia da radiação óptica. Ela é representada pela razão entre o sinal de saída e o sinal incidente. Essa característica não reflete as características de ruído do dispositivo, mas apenas a eficiência de conversão da energia da radiação eletromagnética em corrente ou tensão. Portanto, ela pode variar com o comprimento de onda do sinal de luz incidente. Além disso, as características de resposta de potência também são função da polarização aplicada e da temperatura ambiente.

2. A característica de resposta espectral é um parâmetro que caracteriza a relação entre a resposta de potência do detector de sinal óptico e a função do comprimento de onda do sinal óptico incidente. As características de resposta espectral de fotodetectores de sinal óptico em diferentes comprimentos de onda são geralmente descritas quantitativamente por uma “curva de resposta espectral”. Deve-se notar que apenas a característica de resposta espectral mais alta na curva é calibrada por valor absoluto, e as demais características de resposta espectral em diferentes comprimentos de onda são expressas por valores relativos normalizados com base no valor mais alto da característica de resposta espectral.

3. A potência equivalente de ruído é a potência do sinal de luz incidente necessária para que a tensão do sinal de saída gerado pelo detector de sinal óptico seja igual ao nível de tensão de ruído inerente ao próprio dispositivo. É o principal fator que determina a intensidade mínima do sinal óptico que pode ser medida pelo detector de sinal óptico, ou seja, a sensibilidade de detecção.

4. A sensibilidade de detecção específica é um parâmetro característico que define as propriedades intrínsecas do material fotossensível do detector. Ela representa a menor densidade de corrente de fótons incidentes que pode ser medida por um detector de sinal óptico. Seu valor pode variar de acordo com as condições de operação do detector de comprimento de onda do sinal de luz medido (como temperatura ambiente, polarização aplicada, etc.). Quanto maior a largura de banda do detector, maior a área do detector de sinal óptico, menor a potência equivalente de ruído (NEP) e maior a sensibilidade de detecção específica. Uma maior sensibilidade de detecção específica significa que o detector é adequado para a detecção de sinais ópticos muito mais fracos.

5. A eficiência quântica (Q) é outro parâmetro característico importante de um detector de sinal óptico. Ela é definida como a razão entre o número de "respostas" quantificáveis ​​produzidas pelo fóton no detector e o número de fótons incidentes na superfície do material fotossensível. Por exemplo, para detectores de sinal óptico que operam com base na emissão de fótons, a eficiência quântica é a razão entre o número de fotoelétrons emitidos da superfície do material fotossensível e o número de fótons do sinal medido projetados sobre a superfície. Em um detector de sinal óptico que utiliza um material semicondutor de junção pn como material fotossensível, a eficiência quântica do detector é calculada dividindo-se o número de pares elétron-buraco gerados pelo sinal de luz medido pelo número de fótons incidentes do sinal. Outra representação comum da eficiência quântica de um detector de sinal óptico é por meio da responsividade (Rd) do detector.

6. O tempo de resposta é um parâmetro importante para caracterizar a velocidade de resposta do detector de sinal óptico à variação de intensidade do sinal luminoso medido. Quando o sinal luminoso medido é modulado na forma de um pulso de luz, a intensidade do sinal elétrico do pulso gerado por sua ação no detector precisa "subir" até o "pico" correspondente após um certo tempo de resposta e, a partir do "pico", retornar ao "valor zero" inicial correspondente à ação do pulso de luz. Para descrever a resposta do detector à variação de intensidade do sinal luminoso medido, o tempo em que a intensidade do sinal elétrico gerado pelo pulso de luz incidente sobe de seu valor máximo de 10% para 90% é chamado de "tempo de subida", e o tempo em que a forma de onda do pulso do sinal elétrico cai de seu valor máximo de 90% para 10% é chamado de "tempo de descida" ou "tempo de decaimento".

7. A linearidade da resposta é outro parâmetro característico importante que define a relação funcional entre a resposta do detector de sinal óptico e a intensidade do sinal de luz incidente medido. Ela requer a saída dodetector de sinal ópticoSer proporcional dentro de uma determinada faixa de intensidade do sinal óptico medido. Geralmente, define-se que o desvio percentual da linearidade entrada-saída dentro da faixa especificada da intensidade do sinal óptico de entrada é a linearidade da resposta do detector de sinal óptico.