المعلمات المميزة الأساسية للإشارة الضوئيةأجهزة الكشف الضوئي:
قبل فحص الأشكال المختلفة لأجهزة الكشف الضوئية، يجب أن نأخذ في الاعتبار المعلمات المميزة لأداء التشغيلكاشفات ضوئية للإشارة الضوئيةملخص. تشمل هذه الخصائص الاستجابة، والاستجابة الطيفية، وقوة مكافئة للضوضاء (NEP)، والكشف النوعي، والكشف النوعي. (D*)، والكفاءة الكمية، وزمن الاستجابة.
١. تُستخدم استجابة Rd لتوصيف حساسية الجهاز لطاقة الإشعاع الضوئي. وتُمثل بنسبة إشارة الخرج إلى الإشارة الواردة. لا تعكس هذه الخاصية خصائص الضوضاء في الجهاز، بل تعكس فقط كفاءة تحويل طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى تيار أو جهد. لذلك، قد تختلف باختلاف طول موجة إشارة الضوء الواردة. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد خصائص استجابة الطاقة أيضًا على الانحياز المطبق ودرجة الحرارة المحيطة.
٢. خاصية الاستجابة الطيفية هي مُعامل يُميز العلاقة بين خاصية استجابة القدرة لكاشف الإشارة الضوئية ودالة الطول الموجي للإشارة الضوئية الساقطة. عادةً ما تُوصف خصائص الاستجابة الطيفية لكاشفات الإشارة الضوئية الضوئية عند أطوال موجية مختلفة كميًا من خلال "منحنى الاستجابة الطيفية". تجدر الإشارة إلى أن أعلى خصائص الاستجابة الطيفية في المنحنى فقط هي التي تُعاير بالقيمة المطلقة، بينما يُعبر عن خصائص الاستجابة الطيفية الأخرى عند أطوال موجية مختلفة بقيم نسبية مُوحدة بناءً على أعلى قيمة لخصائص الاستجابة الطيفية.
٣. قدرة مكافئ الضوضاء هي قدرة إشارة الضوء الساقط المطلوبة عندما يكون جهد إشارة الخرج الناتج عن كاشف الإشارة الضوئية مساويًا لمستوى جهد الضوضاء الداخلي للجهاز. وهي العامل الرئيسي الذي يحدد أدنى شدة إشارة ضوئية يمكن لكاشف الإشارة الضوئية قياسها، أي حساسية الكشف.
٤. حساسية الكشف النوعية هي مُعامل مُميز يُميز الخصائص الجوهرية للمادة الحساسة للضوء في الكاشف. تُمثل هذه الحساسية أقل كثافة لتيار الفوتون الساقط يُمكن قياسها بواسطة كاشف الإشارة الضوئية. تختلف قيمتها وفقًا لظروف تشغيل كاشف الطول الموجي للإشارة الضوئية المُقاسة (مثل درجة الحرارة المحيطة، والتحيز المُطبق، إلخ). كلما زاد عرض نطاق الكاشف، زادت مساحة كاشف الإشارة الضوئية، وانخفضت قدرة مكافئ الضوضاء (NEP)، وارتفعت حساسية الكشف النوعية. تعني حساسية الكشف النوعية العالية للكاشف أنه مُناسب لكشف الإشارات الضوئية الأضعف بكثير.
٥. الكفاءة الكمية Q هي معلمة مميزة مهمة أخرى 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 لكاشفات الإشارة الضوئية التي تعمل على انبعاث 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 الإشارة الضوئية الذي يستخدم مادة شبه موصلة ذات وصلة pn كمادة حساسة للضوء، تُحسب الكفاءة الكمية للكاشف بقسمة عدد أزواج فجوات الإلكترونات الناتجة عن إشارة الضوء المقاسة على عدد فوتونات الإشارة الساقطة. ومن التمثيلات الشائعة الأخرى للكفاءة الكمية لكاشف الإشارة الضوئية هي استجابة الكاشف Rd.
٦. يُعد زمن الاستجابة معيارًا مهمًا لتحديد سرعة استجابة كاشف الإشارة الضوئية لتغير شدة إشارة الضوء المقاسة. عند تعديل إشارة الضوء المقاسة إلى شكل نبضة ضوئية، يجب أن ترتفع شدة الإشارة الكهربائية النبضية الناتجة عن تأثيرها على الكاشف إلى الذروة المقابلة بعد زمن استجابة معين، ثم تعود من الذروة إلى الصفر الأصلي المقابل لتأثير نبضة الضوء. لوصف استجابة الكاشف لتغير شدة إشارة الضوء المقاسة، يُطلق على الوقت الذي ترتفع فيه شدة الإشارة الكهربائية الناتجة عن نبضة الضوء الساقطة من أعلى قيمة لها (١٠٪) إلى ٩٠٪ اسم "زمن الارتفاع"، بينما يُطلق على الوقت الذي ينخفض فيه شكل موجة نبضة الإشارة الكهربائية من أعلى قيمة لها (٩٠٪) إلى ١٠٪ اسم "زمن الانخفاض" أو "زمن الاضمحلال".
٧. خطية الاستجابة هي معلمة مميزة مهمة أخرى تُميز العلاقة الوظيفية بين استجابة كاشف الإشارة الضوئية وشدة إشارة الضوء الساقطة المقاسة. وهي تتطلب إخراجكاشف الإشارة الضوئيةأن يكون متناسبًا ضمن نطاق معين من شدة الإشارة الضوئية المقاسة. عادةً ما يُعرّف الانحراف النسبي عن خطية الدخل والخرج ضمن النطاق المحدد لشدة الإشارة الضوئية المدخلة بأنه خطية استجابة كاشف الإشارة الضوئية.
وقت النشر: ١٢ أغسطس ٢٠٢٤