พารามิเตอร์คุณลักษณะพื้นฐานของเครื่องตรวจจับสัญญาณแสง

พารามิเตอร์คุณลักษณะพื้นฐานของสัญญาณออปติคอลเครื่องตรวจจับแสง:

ก่อนที่จะตรวจสอบรูปแบบต่างๆ ของเครื่องตรวจจับภาพ พารามิเตอร์ลักษณะเฉพาะของประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องตรวจจับสัญญาณแสงสรุปคุณลักษณะเหล่านี้ ได้แก่ การตอบสนอง การตอบสนองทางสเปกตรัม พลังงานเทียบเท่าสัญญาณรบกวน (NEP) การตรวจจับเฉพาะ และการตรวจจับเฉพาะ D*) ประสิทธิภาพควอนตัม และเวลาตอบสนอง

1. ความไวในการตอบสนอง Rd ใช้เพื่อกำหนดลักษณะความไวในการตอบสนองของอุปกรณ์ต่อพลังงานรังสีออปติก ซึ่งแสดงโดยอัตราส่วนของสัญญาณเอาต์พุตต่อสัญญาณตกกระทบ คุณลักษณะนี้ไม่ได้สะท้อนถึงคุณลักษณะของสัญญาณรบกวนของอุปกรณ์ แต่สะท้อนเฉพาะประสิทธิภาพของการแปลงพลังงานรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าเท่านั้น ดังนั้น จึงอาจแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่นของสัญญาณแสงตกกระทบ นอกจากนี้ คุณลักษณะการตอบสนองของพลังงานยังเป็นฟังก์ชันของอคติที่ใช้และอุณหภูมิแวดล้อมอีกด้วย

2. ลักษณะการตอบสนองของสเปกตรัมเป็นพารามิเตอร์ที่แสดงถึงความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะการตอบสนองของกำลังของเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติกและฟังก์ชันความยาวคลื่นของสัญญาณออปติกที่ตกกระทบ ลักษณะการตอบสนองของสเปกตรัมของเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติกที่ความยาวคลื่นต่างๆ มักอธิบายในเชิงปริมาณโดยใช้ "เส้นโค้งการตอบสนองของสเปกตรัม" โปรดทราบว่ามีเพียงลักษณะการตอบสนองของสเปกตรัมที่สูงที่สุดในเส้นโค้งเท่านั้นที่ได้รับการปรับเทียบด้วยค่าสัมบูรณ์ และลักษณะการตอบสนองของสเปกตรัมอื่นๆ ที่ความยาวคลื่นต่างๆ จะแสดงด้วยค่าสัมพัทธ์ที่ผ่านการทำให้เป็นมาตรฐานโดยอิงจากค่าสูงสุดของลักษณะการตอบสนองของสเปกตรัม

3. กำลังเทียบเท่าสัญญาณรบกวนคือกำลังสัญญาณแสงตกกระทบที่จำเป็นเมื่อแรงดันสัญญาณเอาต์พุตที่สร้างโดยเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติคัลเท่ากับระดับแรงดันสัญญาณรบกวนโดยธรรมชาติของอุปกรณ์นั้นเอง ซึ่งเป็นปัจจัยหลักที่กำหนดความเข้มของสัญญาณออปติคัลขั้นต่ำที่สามารถวัดได้โดยเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติคัล นั่นคือความไวในการตรวจจับ

4. ความไวในการตรวจจับเฉพาะคือพารามิเตอร์ลักษณะเฉพาะที่แสดงถึงลักษณะเฉพาะโดยธรรมชาติของวัสดุไวต่อแสงของเครื่องตรวจจับ แสดงถึงความหนาแน่นของกระแสโฟตอนตกกระทบที่ต่ำที่สุดที่สามารถวัดได้โดยเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติก ค่าดังกล่าวสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามเงื่อนไขการทำงานของเครื่องตรวจจับความยาวคลื่นของสัญญาณแสงที่วัดได้ (เช่น อุณหภูมิแวดล้อม อคติที่ใช้ ฯลฯ) ยิ่งแบนด์วิดท์ของเครื่องตรวจจับมีขนาดใหญ่ขึ้น พื้นที่ของเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติกก็จะใหญ่ขึ้น กำลัง NEP เทียบเท่าสัญญาณรบกวนก็จะเล็กลง และความไวในการตรวจจับเฉพาะก็จะสูงขึ้น ความไวในการตรวจจับเฉพาะที่สูงขึ้นของเครื่องตรวจจับหมายความว่าเครื่องตรวจจับนั้นเหมาะสำหรับการตรวจจับสัญญาณออปติกที่อ่อนกว่ามาก

5. ประสิทธิภาพควอนตัม Q เป็นพารามิเตอร์ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติก ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของจำนวน "การตอบสนอง" ที่วัดได้ซึ่งเกิดจากโฟโตมอนในเครื่องตรวจจับต่อจำนวนโฟตอนที่ตกกระทบบนพื้นผิวของวัสดุที่ไวต่อแสง ตัวอย่างเช่น สำหรับเครื่องตรวจจับสัญญาณแสงที่ทำงานบนการปล่อยโฟตอน ประสิทธิภาพควอนตัมคืออัตราส่วนของจำนวนโฟโตอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวของวัสดุที่ไวต่อแสงต่อจำนวนโฟตอนของสัญญาณที่วัดได้ซึ่งฉายลงบนพื้นผิว ในเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติกที่ใช้สารกึ่งตัวนำแบบ pn junction เป็นวัสดุที่ไวต่อแสง ประสิทธิภาพควอนตัมของเครื่องตรวจจับจะคำนวณได้โดยการหารจำนวนคู่ของรูอิเล็กตรอนที่เกิดจากสัญญาณแสงที่วัดได้ด้วยจำนวนโฟตอนของสัญญาณที่ตกกระทบ การแสดงประสิทธิภาพควอนตัมทั่วไปอีกประการหนึ่งของเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติกคือโดยใช้ค่าการตอบสนอง Rd ของเครื่องตรวจจับ

6. เวลาตอบสนองเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการกำหนดลักษณะความเร็วการตอบสนองของเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติกต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มของสัญญาณแสงที่วัดได้ เมื่อสัญญาณแสงที่วัดได้ปรับให้เป็นรูปแบบของพัลส์แสง ความเข้มของสัญญาณไฟฟ้าพัลส์ที่สร้างขึ้นจากการกระทำของสัญญาณบนเครื่องตรวจจับจะต้อง "เพิ่มขึ้น" ถึง "จุดสูงสุด" ที่สอดคล้องกันหลังจากเวลาตอบสนองที่กำหนด จากนั้นจึงลดลงจาก "จุดสูงสุด" แล้วกลับมาที่ "ค่าศูนย์" เดิมที่สอดคล้องกับการกระทำของพัลส์แสง เพื่ออธิบายการตอบสนองของเครื่องตรวจจับต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มของสัญญาณแสงที่วัดได้ เวลาที่ความเข้มของสัญญาณไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจากพัลส์แสงตกกระทบเพิ่มขึ้นจากค่าสูงสุด 10% เป็น 90% เรียกว่า "เวลาเพิ่มขึ้น" และเวลาที่รูปคลื่นพัลส์สัญญาณไฟฟ้าลดลงจากค่าสูงสุด 90% เป็น 10% เรียกว่า "เวลาลดลง" หรือ "เวลาสลายตัว"

7. ความเป็นเส้นตรงของการตอบสนองเป็นพารามิเตอร์ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งที่แสดงถึงความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันระหว่างการตอบสนองของเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติกและความเข้มของสัญญาณแสงที่ตกกระทบที่วัดได้ ซึ่งจำเป็นต้องมีเอาต์พุตของเครื่องตรวจจับสัญญาณแสงให้เป็นสัดส่วนภายในช่วงความเข้มของสัญญาณออปติกที่วัดได้ โดยปกติจะกำหนดให้ค่าเบี่ยงเบนเป็นเปอร์เซ็นต์จากความเป็นเส้นตรงของอินพุต-เอาต์พุตภายในช่วงความเข้มของสัญญาณออปติกอินพุตที่กำหนดเป็นความเป็นเส้นตรงของการตอบสนองของเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติก