المعلمات المميزة الأساسية لأجهزة الكشف الضوئي للإشارة الضوئية

المعلمات المميزة الأساسية للإشارة الضوئيةأجهزة الكشف الضوئي:

قبل فحص أشكال مختلفة من أجهزة الكشف الضوئي، المعلمات المميزة لأداء التشغيلكاشفات ضوئية للإشارة الضوئيةيتم تلخيصها. وتشمل هذه الخصائص الاستجابة، والاستجابة الطيفية، والقدرة المكافئة للضوضاء (NEP)، والاكتشاف النوعي، والاكتشاف النوعي. D*)، والكفاءة الكمومية، وزمن الاستجابة.

1. يستخدم طريق الاستجابة لتوصيف حساسية استجابة الجهاز لطاقة الإشعاع الضوئية. ويمثلها نسبة إشارة الخرج إلى الإشارة الحادثة. ولا تعكس هذه الخاصية خصائص الضوضاء الخاصة بالجهاز، بل تعكس فقط كفاءة تحويل طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى تيار أو جهد. لذلك، قد يختلف مع الطول الموجي للإشارة الضوئية الساقطة. بالإضافة إلى ذلك، فإن خصائص استجابة الطاقة هي أيضًا وظيفة للتحيز المطبق ودرجة الحرارة المحيطة.

2. خاصية الاستجابة الطيفية هي معلمة تميز العلاقة بين خاصية استجابة الطاقة لكاشف الإشارة الضوئية ووظيفة الطول الموجي للإشارة الضوئية الساقطة. عادةً ما يتم وصف خصائص الاستجابة الطيفية لأجهزة الكشف الضوئي للإشارة الضوئية عند أطوال موجية مختلفة كميًا بواسطة "منحنى الاستجابة الطيفية". تجدر الإشارة إلى أنه يتم فقط معايرة أعلى خصائص الاستجابة الطيفية في المنحنى بالقيمة المطلقة، ويتم التعبير عن خصائص الاستجابة الطيفية الأخرى عند أطوال موجية مختلفة بقيم نسبية مقيسة بناءً على أعلى قيمة لخصائص الاستجابة الطيفية.

3. الطاقة المكافئة للضوضاء هي طاقة إشارة الضوء الساقطة المطلوبة عندما يكون جهد إشارة الخرج الناتج عن كاشف الإشارة الضوئية مساويًا لمستوى جهد الضوضاء المتأصل للجهاز نفسه. وهو العامل الرئيسي الذي يحدد الحد الأدنى لشدة الإشارة الضوئية التي يمكن قياسها بواسطة كاشف الإشارة الضوئية، أي حساسية الكشف.

4. حساسية الكشف المحددة هي معلمة مميزة تميز الخصائص الكامنة للمادة الحساسة للضوء في الكاشف. إنه يمثل أقل كثافة لتيار الفوتون الحادث والتي يمكن قياسها بواسطة كاشف الإشارة الضوئية. يمكن أن تختلف قيمته وفقًا لظروف تشغيل كاشف الطول الموجي للإشارة الضوئية المقاسة (مثل درجة الحرارة المحيطة، والتحيز المطبق، وما إلى ذلك). كلما زاد عرض النطاق الترددي للكاشف، زادت مساحة كاشف الإشارة الضوئية، وصغرت القدرة المكافئة للضوضاء NEP، وارتفعت حساسية الكشف المحددة. تعني حساسية الكشف المحددة الأعلى للكاشف أنه مناسب لاكتشاف الإشارات الضوئية الأضعف بكثير.

5. الكفاءة الكمومية Q هي معلمة مميزة مهمة أخرى لكاشف الإشارة الضوئية. يتم تعريفه على أنه 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 الفوتون، فإن الكفاءة الكمية هي نسبة عدد الإلكترونات الضوئية المنبعثة من سطح المادة الحساسة للضوء إلى عدد فوتونات الإشارة المقاسة المسقطة على السطح. في كاشف الإشارات الضوئية الذي يستخدم مادة أشباه الموصلات ذات الوصلة pn كمواد حساسة للضوء، يتم حساب الكفاءة الكمومية للكاشف عن طريق قسمة عدد أزواج ثقب الإلكترون الناتجة عن الإشارة الضوئية المقاسة على عدد فوتونات الإشارة الساقطة. هناك تمثيل شائع آخر لكفاءة الكم لكاشف الإشارة الضوئية عن طريق استجابة الكاشف Rd.

6. يعد وقت الاستجابة معلمة مهمة لوصف سرعة استجابة كاشف الإشارة الضوئية لتغير شدة الإشارة الضوئية المقاسة. عندما يتم تعديل الإشارة الضوئية المقاسة على شكل نبضة ضوئية، فإن شدة الإشارة الكهربائية النبضية الناتجة عن عملها على الكاشف تحتاج إلى "الارتفاع" إلى "الذروة" المقابلة بعد وقت استجابة معين، ومن " الذروة" ثم تعود إلى "القيمة الصفرية" الأولية المقابلة لعمل نبضة الضوء. من أجل وصف استجابة الكاشف لتغير شدة الإشارة الضوئية المقاسة، فإن الوقت الذي ترتفع فيه شدة الإشارة الكهربائية الناتجة عن نبضة الضوء الساقطة من أعلى قيمة لها وهي 10% إلى 90% يسمى "الارتفاع" "الوقت"، والوقت الذي ينخفض ​​فيه شكل موجة نبض الإشارة الكهربائية من أعلى قيمة لها وهي 90% إلى 10% يسمى "وقت السقوط" أو "زمن الاضمحلال".

7. تعد خطية الاستجابة معلمة مميزة مهمة أخرى تميز العلاقة الوظيفية بين استجابة كاشف الإشارة الضوئية وشدة الإشارة الضوئية المقاسة للحادث. ويتطلب إخراجكاشف الإشارة الضوئيةأن تكون متناسبة ضمن نطاق معين من شدة الإشارة الضوئية المقاسة. يتم تعريفه عادةً أن النسبة المئوية للانحراف عن خطية الإدخال والإخراج ضمن النطاق المحدد لكثافة الإشارة الضوئية المدخلة هي خطية الاستجابة لكاشف الإشارة الضوئية.