Удельная обнаруживающая способность , или D * , для фотодетектора - это показатель качества, используемый для характеристики производительности, равный обратной величине эквивалентной мощности шума (NEP), нормализованной на квадратный корень из площади сенсора и ширины полосы частот ( обратно пропорционально удвоенному интегрированию). время).
Удельная обнаруживающая способность определяется , где - площадь светочувствительной области детектора, - полоса пропускания, а NEP - эквивалентная мощность шума в единицах [Вт]. Обычно выражается в единицах Джонса () в честь Роберта Кларка Джонса, который первоначально определил его. [1] [2]
Учитывая, что мощность, эквивалентная шуму, может быть выражена как функция чувствительности (в единицах или же ) и спектральная плотность шума (в единицах или же ) в виде , обычно можно увидеть удельную обнаруживающую способность, выраженную как .
Часто бывает полезно выразить конкретную обнаруживающую способность в терминах относительных уровней шума, присутствующих в устройстве. Ниже приводится общее выражение.
С q в качестве электронного заряда,- интересующая длина волны, h - постоянная Планка, c - скорость света, k - постоянная Больцмана, T - температура детектора, - произведение площади динамического сопротивления при нулевом смещении (часто измеряется экспериментально, но также может быть выражено в предположениях об уровне шума), - квантовая эффективность устройства, а - полный поток источника (часто черного тела) в фотонах / сек / см².
Измерение детектируемости
Обнаруживающую способность можно измерить с помощью подходящей оптической установки с использованием известных параметров. Вам понадобится известный источник света с известной освещенностью на заданном расстоянии. Входящий источник света будет прерываться с определенной частотой, а затем каждая длина волны будет интегрирована за заданную постоянную времени по заданному количеству кадров.
Подробно вычисляем пропускную способность непосредственно из постоянной времени интегрирования .
Затем необходимо измерить средний сигнал и среднеквадратичный шум из наборакадры. Это делается либо непосредственно инструментом, либо в виде постобработки.
Теперь расчет сияния в Вт / ср / см², где см² - площадь излучения. Затем необходимо преобразовать излучающую область в площадь проекции и телесный угол ; этот продукт часто называют etendue . Этого шага можно избежать, используя откалиброванный источник, у которого на детекторе известно точное количество фотонов / с / см². Если это неизвестно, его можно оценить с помощью уравнения излучения черного тела , активная область детектораи прочее. Это в конечном итоге преобразует исходящую яркость черного тела в Вт / ср / см² излучающей площади в одну из Вт, наблюдаемую детектором.
Широкополосная чувствительность - это просто сигнал, взвешенный по этой мощности.
Где,
- это чувствительность в единицах сигнал / Вт (или иногда в / Вт или A / Вт)
- исходящее излучение от черного тела (или источника света) в Вт / ср / см² излучающей площади
- - это суммарное интегрированное расстояние между излучающим источником и поверхностью детектора.
- площадь детектора
- - телесный угол источника, спроецированный вдоль линии, соединяющей его с поверхностью детектора.
Из этой метрики можно вычислить эквивалентную мощность шума, взяв уровень шума над чувствительностью.
Точно так же эквивалентная шуму освещенность может быть вычислена с использованием чувствительности в единицах фотоны / с / Вт вместо единиц сигнала. Теперь обнаруживающая способность - это просто мощность, эквивалентная шуму, нормированная на полосу пропускания и площадь детектора.
Рекомендации
- ^ RC Jones, "Квантовая эффективность фотопроводников", Proc. ИРИС 2 , 9 (1957)
- ^ RC Jones, "Предложение обнаружительной способности D ** для детекторов, ограниченных радиационным шумом", J. Opt. Soc. Являюсь. 50 , 1058 (1960), DOI : 10,1364 / JOSA.50.001058 )
Эта статья включает материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Управления общих служб : «Федеральный стандарт 1037C» .