الخصائص الأساسية لكاشفات الإشارة الضوئية

الخصائص الأساسية للإشارة الضوئيةأجهزة الكشف الضوئي:

قبل دراسة الأشكال المختلفة لأجهزة الكشف الضوئي، يجب تحديد المعايير المميزة لأداء التشغيل لـكاشفات ضوئية للإشارات البصريةيتم تلخيص هذه الخصائص. وتشمل هذه الخصائص الاستجابة، والاستجابة الطيفية، وقدرة الضوضاء المكافئة (NEP)، والكشفية النوعية، والكشفية النوعية (D*)، والكفاءة الكمية، وزمن الاستجابة.

1. تُستخدم الاستجابة Rd لوصف حساسية الجهاز لطاقة الإشعاع الضوئي. وهي تُمثل نسبة إشارة الخرج إلى إشارة الدخل. لا تعكس هذه الخاصية خصائص الضوضاء في الجهاز، بل تعكس فقط كفاءة تحويل طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى تيار أو جهد. لذلك، قد تتغير بتغير طول موجة إشارة الضوء الساقط. بالإضافة إلى ذلك، تُعد خصائص استجابة القدرة دالةً للجهد المطبق ودرجة الحرارة المحيطة.

٢. تُعدّ خاصية الاستجابة الطيفية مُعاملًا يُحدد العلاقة بين خاصية استجابة القدرة لكاشف الإشارة الضوئية ودالة الطول الموجي للإشارة الضوئية الساقطة. وعادةً ما تُوصف خصائص الاستجابة الطيفية لكواشف الإشارة الضوئية عند أطوال موجية مختلفة كميًا بواسطة "منحنى الاستجابة الطيفية". تجدر الإشارة إلى أن أعلى قيمة لخاصية الاستجابة الطيفية في المنحنى فقط هي التي تُعاير بالقيمة المطلقة، بينما تُعبّر خصائص الاستجابة الطيفية الأخرى عند أطوال موجية مختلفة عن طريق قيم نسبية مُعيّرة بناءً على أعلى قيمة لخاصية الاستجابة الطيفية.

3. تُعرَّف القدرة المكافئة للضوضاء بأنها قدرة إشارة الضوء الساقط المطلوبة عندما يكون جهد إشارة الخرج الناتج عن كاشف الإشارة الضوئية مساويًا لمستوى جهد الضوضاء الذاتية للجهاز نفسه. وهي العامل الرئيسي الذي يحدد الحد الأدنى لشدة الإشارة الضوئية التي يمكن قياسها بواسطة كاشف الإشارة الضوئية، أي حساسية الكشف.

4. حساسية الكشف النوعية هي خاصية مميزة تُحدد الخصائص الجوهرية للمادة الحساسة للضوء في الكاشف. وهي تمثل أدنى كثافة تيار فوتوني ساقط يمكن قياسها بواسطة كاشف الإشارة الضوئية. وتختلف قيمتها تبعًا لظروف تشغيل كاشف الطول الموجي للإشارة الضوئية المقاسة (مثل درجة الحرارة المحيطة، والجهد المطبق، وما إلى ذلك). كلما زاد عرض نطاق الكاشف، زادت مساحة كاشف الإشارة الضوئية، وانخفضت القدرة المكافئة للضوضاء (NEP)، وارتفعت حساسية الكشف النوعية. وتعني حساسية الكشف النوعية العالية للكاشف ملاءمته للكشف عن الإشارات الضوئية الأضعف بكثير.

٥. الكفاءة الكمية Q هي إحدى الخصائص المهمة لكاشف الإشارة الضوئية. تُعرَّف بأنها نسبة عدد "الاستجابات" القابلة للقياس التي ينتجها الفوتون في الكاشف إلى عدد الفوتونات الساقطة على سطح المادة الحساسة للضوء. على سبيل المثال، بالنسبة لكواشف الإشارة الضوئية التي تعمل بانبعاث الفوتونات، فإن الكفاءة الكمية هي نسبة عدد الإلكترونات الضوئية المنبعثة من سطح المادة الحساسة للضوء إلى عدد فوتونات الإشارة المقاسة المسقطة على السطح. في كاشف إشارة ضوئية يستخدم مادة شبه موصلة ذات وصلة pn كمادة حساسة للضوء، تُحسب الكفاءة الكمية للكاشف بقسمة عدد أزواج الإلكترون-فجوة المتولدة من الإشارة الضوئية المقاسة على عدد فوتونات الإشارة الساقطة. وهناك تمثيل شائع آخر للكفاءة الكمية لكاشف الإشارة الضوئية وهو من خلال حساسية الكاشف Rd.

٦. يُعدّ زمن الاستجابة معيارًا هامًا لتحديد سرعة استجابة كاشف الإشارة الضوئية لتغير شدة الإشارة الضوئية المقاسة. فعندما تُعدّل الإشارة الضوئية المقاسة على شكل نبضة ضوئية، يجب أن ترتفع شدة الإشارة الكهربائية الناتجة عن تأثيرها على الكاشف إلى ذروتها بعد زمن استجابة معين، ثم تعود من الذروة إلى قيمتها الابتدائية الصفرية. ولوصف استجابة الكاشف لتغير شدة الإشارة الضوئية المقاسة، يُطلق على الزمن الذي ترتفع فيه شدة الإشارة الكهربائية الناتجة عن النبضة الضوئية الساقطة من أعلى قيمة لها (١٠٪) إلى ٩٠٪ اسم "زمن الصعود"، بينما يُطلق على الزمن الذي تنخفض فيه شدة الإشارة الكهربائية من أعلى قيمة لها (٩٠٪) إلى ١٠٪ اسم "زمن الهبوط" أو "زمن التلاشي".

7. تُعدّ خطية الاستجابة سمة مميزة أخرى مهمة تُحدد العلاقة الوظيفية بين استجابة كاشف الإشارة الضوئية وشدة إشارة الضوء الساقط المقاسة. ويتطلب ذلك خرج...كاشف الإشارة الضوئيةأن تكون متناسبة ضمن نطاق معين من شدة الإشارة الضوئية المقاسة. ويُعرَّف عادةً أن الانحراف النسبي عن خطية الإدخال والإخراج ضمن النطاق المحدد لشدة الإشارة الضوئية المدخلة هو خطية استجابة كاشف الإشارة الضوئية.