Parâmetros característicos básicos de fotodetectores de sinal óptico

Parâmetros característicos básicos do sinal ópticofotodetectores:

Antes de examinar várias formas de fotodetectores, os parâmetros característicos do desempenho operacional defotodetectores de sinal ópticoestão resumidos. Essas características incluem responsividade, resposta espectral, potência equivalente de ruído (NEP), detectividade específica e detectividade específica. D*), eficiência quântica e tempo de resposta.

1. Responsividade Rd é usada para caracterizar a sensibilidade de resposta do dispositivo à energia da radiação óptica. É representado pela relação entre o sinal de saída e o sinal incidente. Esta 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, 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 característica de resposta de potência do detector de sinal óptico e a função de comprimento de onda do sinal óptico incidente. As características de resposta espectral de fotodetectores de sinais ópticos em diferentes comprimentos de onda são geralmente descritas quantitativamente por “curva de resposta espectral”. Deve-se notar que apenas as características de resposta espectral mais altas na curva são calibradas por valor absoluto, e as outras características de resposta espectral em diferentes comprimentos de onda são expressas por valores relativos normalizados com base no valor mais alto das características de resposta espectral.

3. A potência equivalente de ruído é a potência do sinal de luz incidente necessária quando a tensão do sinal de saída gerada pelo detector de sinal óptico é igual ao nível de tensão de ruído inerente do 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 específica de detecção é um parâmetro característico que caracteriza as características inerentes ao material fotossensível do detector. 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 operacionais do detector de comprimento de onda do sinal de luz medido (como temperatura ambiente, polarização aplicada, etc.). Quanto maior for a largura de banda do detector, maior será a área do detector de sinal óptico, menor será a potência equivalente de ruído NEP e maior será a sensibilidade de detecção específica. A maior sensibilidade de detecção específica do detector significa que ele é adequado para a detecção de sinais ópticos muito mais fracos.

5. A eficiência quântica Q é outro parâmetro característico importante do detector de sinal óptico. É definido 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 sinais luminosos que operam com 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 na superfície. Em um detector de sinal óptico usando material semicondutor de junção pn como material fotossensível, a eficiência quântica do detector é calculada dividindo o número de pares de buracos de elétrons gerados pelo sinal de luz medido pelo número de fótons do sinal incidente. Outra representação comum da eficiência quântica de um detector de sinal óptico é por meio da responsividade do detector Rd.

6. O tempo de resposta é um parâmetro importante para caracterizar a velocidade de resposta do detector de sinal óptico à mudança de intensidade do sinal de luz medido. Quando o sinal de luz medido é modulado na forma de um pulso de luz, a intensidade do sinal elétrico de pulso gerado por sua ação no detector precisa “subir” até o “pico” correspondente após um determinado tempo de resposta, e do “ pico” e depois voltar ao “valor zero” inicial correspondente à ação do pulso de luz. Para descrever a resposta do detector à mudança de intensidade do sinal de luz medido, o momento em que a intensidade do sinal elétrico gerado pelo pulso de luz incidente sobe de seu valor mais alto de 10% a 90% é chamado de “aumento”. tempo”, e o tempo em que a forma de onda do pulso do sinal elétrico cai de seu valor mais alto de 90% para 10% é chamado de “tempo de queda” ou “tempo de decaimento”.

7. A linearidade de resposta é outro parâmetro característico importante que caracteriza a relação funcional entre a resposta do detector de sinal óptico e a intensidade do sinal de luz incidente medido. Requer a saída dodetector de sinal ópticoser proporcional dentro de uma certa faixa da intensidade do sinal óptico medido. Geralmente é definido que o desvio percentual da linearidade de entrada-saída dentro da faixa especificada da intensidade do sinal óptico de entrada é a linearidade de resposta do detector de sinal óptico.