พารามิเตอร์คุณลักษณะพื้นฐานของเครื่องตรวจจับสัญญาณแสง

พารามิเตอร์ลักษณะพื้นฐานของสัญญาณออปติคอลเครื่องตรวจจับแสง:

ก่อนที่จะตรวจสอบรูปแบบต่างๆ ของเครื่องตรวจจับภาพ พารามิเตอร์ลักษณะเฉพาะของประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องตรวจจับสัญญาณแสงสรุปคุณลักษณะเหล่านี้ ได้แก่ การตอบสนอง การตอบสนองเชิงสเปกตรัม กำลังเทียบเท่าสัญญาณรบกวน (NEP) ความสามารถในการตรวจจับจำเพาะ และความสามารถในการตรวจจับจำเพาะ D*) ประสิทธิภาพควอนตัม และเวลาตอบสนอง

1. ความไวในการตอบสนอง (responsivity) ของ Rd ใช้เพื่อระบุความไวในการตอบสนองของอุปกรณ์ต่อพลังงานรังสีออปติคัล ซึ่งแสดงโดยอัตราส่วนของสัญญาณเอาต์พุตต่อสัญญาณตกกระทบ คุณลักษณะนี้ไม่ได้สะท้อนถึงคุณลักษณะของสัญญาณรบกวนของอุปกรณ์ แต่สะท้อนเพียงประสิทธิภาพของการแปลงพลังงานรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกระแสหรือแรงดันไฟฟ้า ดังนั้น จึงอาจเปลี่ยนแปลงไปตามความยาวคลื่นของสัญญาณแสงตกกระทบ นอกจากนี้ คุณลักษณะการตอบสนองกำลังไฟฟ้ายังเป็นฟังก์ชันของค่าไบแอสที่ใช้และอุณหภูมิแวดล้อมอีกด้วย

2. ลักษณะการตอบสนองทางสเปกตรัมเป็นพารามิเตอร์ที่อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะการตอบสนองกำลังของตัวตรวจจับสัญญาณแสงและฟังก์ชันความยาวคลื่นของสัญญาณแสงตกกระทบ ลักษณะการตอบสนองทางสเปกตรัมของตัวตรวจจับสัญญาณแสงที่ความยาวคลื่นต่างๆ มักอธิบายเชิงปริมาณด้วย “เส้นโค้งการตอบสนองทางสเปกตรัม” โปรดทราบว่าเฉพาะลักษณะการตอบสนองทางสเปกตรัมสูงสุดในเส้นโค้งเท่านั้นที่ปรับเทียบด้วยค่าสัมบูรณ์ และลักษณะการตอบสนองทางสเปกตรัมอื่นๆ ที่ความยาวคลื่นต่างๆ จะแสดงด้วยค่าสัมพัทธ์ที่ปรับมาตรฐานแล้วโดยอ้างอิงจากค่าสูงสุดของลักษณะการตอบสนองทางสเปกตรัม

3. กำลังไฟฟ้าเทียบเท่าสัญญาณรบกวน คือ กำลังไฟฟ้าสัญญาณแสงตกกระทบที่ต้องการเมื่อแรงดันสัญญาณเอาต์พุตที่สร้างโดยเครื่องตรวจจับสัญญาณแสงมีค่าเท่ากับระดับแรงดันสัญญาณรบกวนโดยธรรมชาติของอุปกรณ์ ปัจจัยหลักที่กำหนดความเข้มของสัญญาณแสงขั้นต่ำที่เครื่องตรวจจับสัญญาณแสงสามารถวัดได้ คือ ความไวในการตรวจจับ

4. ความไวในการตรวจจับจำเพาะ (Specific Detection Sensitivity) เป็นพารามิเตอร์ลักษณะเฉพาะที่บ่งบอกถึงลักษณะเฉพาะโดยธรรมชาติของวัสดุไวแสงของตัวตรวจจับ แสดงถึงความหนาแน่นกระแสโฟตอนตกกระทบต่ำสุดที่สามารถวัดได้โดยตัวตรวจจับสัญญาณแสง ค่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามสภาวะการทำงานของตัวตรวจจับความยาวคลื่นของสัญญาณแสงที่วัดได้ (เช่น อุณหภูมิแวดล้อม ไบแอสที่ใช้ ฯลฯ) ยิ่งแบนด์วิดท์ของตัวตรวจจับมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่าใด พื้นที่ของตัวตรวจจับสัญญาณแสงก็จะกว้างขึ้นเท่านั้น กำลังไฟฟ้าเทียบเท่าสัญญาณรบกวน (NEP) ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น และความไวในการตรวจจับจำเพาะก็จะสูงขึ้นเท่านั้น ความไวในการตรวจจับจำเพาะที่สูงขึ้นของตัวตรวจจับหมายความว่าตัวตรวจจับนี้เหมาะสำหรับการตรวจจับสัญญาณแสงที่อ่อนกว่ามาก

5. ประสิทธิภาพควอนตัม Q เป็นพารามิเตอร์ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของตัวตรวจจับสัญญาณแสง ซึ่งนิยามว่าเป็นอัตราส่วนของจำนวน “การตอบสนอง” ที่วัดได้จากโฟโตมอนในตัวตรวจจับ ต่อจำนวนโฟตอนที่ตกกระทบบนพื้นผิวของวัสดุไวแสง ตัวอย่างเช่น สำหรับตัวตรวจจับสัญญาณแสงที่ทำงานบนการแผ่รังสีโฟตอน ประสิทธิภาพควอนตัมคืออัตราส่วนของจำนวนโฟโตอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวของวัสดุไวแสง ต่อจำนวนโฟตอนของสัญญาณที่วัดได้ซึ่งฉายลงบนพื้นผิว ในตัวตรวจจับสัญญาณแสงที่ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ pn junction เป็นวัสดุไวแสง ประสิทธิภาพควอนตัมของตัวตรวจจับจะคำนวณโดยการหารจำนวนคู่ของอิเล็กตรอนโฮลที่เกิดจากสัญญาณแสงที่วัดได้ด้วยจำนวนโฟตอนของสัญญาณตกกระทบ อีกวิธีหนึ่งที่ใช้แทนประสิทธิภาพควอนตัมของตัวตรวจจับสัญญาณแสง คือ ค่าการตอบสนอง Rd ของตัวตรวจจับ

6. เวลาตอบสนองเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการกำหนดลักษณะความเร็วการตอบสนองของตัวตรวจจับสัญญาณแสงต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มของสัญญาณแสงที่วัดได้ เมื่อสัญญาณแสงที่วัดได้ถูกปรับให้อยู่ในรูปของพัลส์แสง ความเข้มของสัญญาณไฟฟ้าพัลส์ที่เกิดจากการกระทำบนตัวตรวจจับจะต้อง "เพิ่มขึ้น" ไปยัง "จุดสูงสุด" ที่สอดคล้องกันหลังจากเวลาตอบสนองที่กำหนด และจาก "จุดสูงสุด" แล้วจึงลดลงสู่ "ค่าศูนย์" เริ่มต้น ซึ่งสอดคล้องกับการกระทำของพัลส์แสง เพื่ออธิบายการตอบสนองของตัวตรวจจับต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มของสัญญาณแสงที่วัดได้ เวลาที่ความเข้มของสัญญาณไฟฟ้าที่เกิดจากพัลส์แสงตกกระทบเพิ่มขึ้นจากค่าสูงสุด 10% เป็น 90% เรียกว่า "เวลาเพิ่มขึ้น" และเวลาที่รูปคลื่นพัลส์สัญญาณไฟฟ้าลดลงจากค่าสูงสุด 90% เป็น 10% เรียกว่า "เวลาลดลง" หรือ "เวลาสลายตัว"

7. ความเป็นเส้นตรงของการตอบสนองเป็นพารามิเตอร์ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งที่แสดงถึงความสัมพันธ์เชิงหน้าที่ระหว่างการตอบสนองของเครื่องตรวจจับสัญญาณแสงและความเข้มของสัญญาณแสงที่ตกกระทบที่วัดได้ พารามิเตอร์นี้ต้องการเอาต์พุตของเครื่องตรวจจับสัญญาณออปติคอลให้เป็นสัดส่วนภายในช่วงความเข้มของสัญญาณแสงที่วัดได้ โดยทั่วไปจะกำหนดว่าค่าความเบี่ยงเบนเป็นเปอร์เซ็นต์จากความเป็นเส้นตรงของอินพุต-เอาต์พุตภายในช่วงความเข้มของสัญญาณแสงอินพุตที่กำหนด คือความเป็นเส้นตรงตอบสนองของตัวตรวจจับสัญญาณแสง