พารามิเตอร์ลักษณะพื้นฐานของโฟโตดีเทคเตอร์สัญญาณแสง

พารามิเตอร์ลักษณะพื้นฐานของสัญญาณแสงเครื่องตรวจจับแสง:

ก่อนที่จะพิจารณาโฟโตดีเทคเตอร์รูปแบบต่างๆ เราควรทำความเข้าใจพารามิเตอร์ลักษณะเฉพาะของประสิทธิภาพการทำงานของโฟโตดีเทคเตอร์ก่อนโฟโตดีเทคเตอร์สัญญาณแสงลักษณะเหล่านี้ได้รับการสรุปไว้แล้ว ได้แก่ ความไวในการตอบสนอง การตอบสนองเชิงสเปกตรัม กำลังเทียบเท่าสัญญาณรบกวน (NEP) ความสามารถในการตรวจจับจำเพาะ และความสามารถในการตรวจจับจำเพาะ D* ประสิทธิภาพควอนตัม และเวลาตอบสนอง

1. ค่าความไวในการตอบสนอง (Rd) ใช้ในการบ่งบอกลักษณะความไวในการตอบสนองของอุปกรณ์ต่อพลังงานรังสีแสง โดยแสดงด้วยอัตราส่วนของสัญญาณเอาต์พุตต่อสัญญาณตกกระทบ คุณลักษณะนี้ไม่ได้สะท้อนถึงลักษณะของสัญญาณรบกวนของอุปกรณ์ แต่สะท้อนเฉพาะประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าเท่านั้น ดังนั้น ค่าความไวในการตอบสนองจึงอาจเปลี่ยนแปลงไปตามความยาวคลื่นของสัญญาณแสงตกกระทบ นอกจากนี้ คุณลักษณะการตอบสนองด้านกำลังยังขึ้นอยู่กับแรงดันไบแอสที่ใช้และอุณหภูมิแวดล้อมด้วย

2. ลักษณะการตอบสนองเชิงสเปกตรัมเป็นพารามิเตอร์ที่บ่งบอกถึงความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะการตอบสนองกำลังของตัวตรวจจับสัญญาณแสงกับฟังก์ชันความยาวคลื่นของสัญญาณแสงที่ตกกระทบ โดยทั่วไปแล้ว ลักษณะการตอบสนองเชิงสเปกตรัมของตัวตรวจจับแสงที่ความยาวคลื่นต่างๆ จะถูกอธิบายในเชิงปริมาณด้วย "เส้นโค้งการตอบสนองเชิงสเปกตรัม" ควรสังเกตว่าเฉพาะลักษณะการตอบสนองเชิงสเปกตรัมสูงสุดในเส้นโค้งเท่านั้นที่จะถูกวัดด้วยค่าสัมบูรณ์ ส่วนลักษณะการตอบสนองเชิงสเปกตรัมอื่นๆ ที่ความยาวคลื่นต่างๆ จะแสดงด้วยค่าสัมพัทธ์แบบนอร์มาไลซ์โดยอิงจากค่าสูงสุดของลักษณะการตอบสนองเชิงสเปกตรัม

3. กำลังเทียบเท่าสัญญาณรบกวน คือ กำลังของสัญญาณแสงตกกระทบที่จำเป็นเมื่อแรงดันสัญญาณเอาต์พุตที่สร้างโดยตัวตรวจจับสัญญาณแสงเท่ากับระดับแรงดันสัญญาณรบกวนภายในของตัวอุปกรณ์เอง นี่คือปัจจัยหลักที่กำหนดความเข้มของสัญญาณแสงขั้นต่ำที่สามารถวัดได้โดยตัวตรวจจับสัญญาณแสง หรือก็คือ ความไวในการตรวจจับ

4. ความไวในการตรวจจับจำเพาะเป็นพารามิเตอร์ลักษณะเฉพาะที่บ่งบอกถึงคุณสมบัติโดยธรรมชาติของวัสดุไวแสงของตัวตรวจจับ โดยแสดงถึงความหนาแน่นกระแสโฟตอนตกกระทบต่ำสุดที่สามารถวัดได้ด้วยตัวตรวจจับสัญญาณแสง ค่าของความไวในการตรวจจับจำเพาะอาจแตกต่างกันไปตามสภาวะการทำงานของตัวตรวจจับความยาวคลื่นของสัญญาณแสงที่วัดได้ (เช่น อุณหภูมิแวดล้อม แรงดันไบแอสที่ใช้ เป็นต้น) ยิ่งแบนด์วิดท์ของตัวตรวจจับกว้างมากเท่าใด พื้นที่ตรวจจับสัญญาณแสงก็จะยิ่งใหญ่ขึ้นเท่านั้น ค่ากำลังเทียบเท่าสัญญาณรบกวน (NEP) ก็จะยิ่งน้อยลง และความไวในการตรวจจับจำเพาะก็จะยิ่งสูงขึ้น ความไวในการตรวจจับจำเพาะที่สูงขึ้นของตัวตรวจจับหมายความว่าเหมาะสมสำหรับการตรวจจับสัญญาณแสงที่อ่อนกว่ามาก

5. ประสิทธิภาพควอนตัม (Q) เป็นพารามิเตอร์ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของตัวตรวจจับสัญญาณแสง โดยนิยามว่าคืออัตราส่วนของจำนวน "การตอบสนอง" ที่วัดได้ซึ่งเกิดจากโฟโตมอนในตัวตรวจจับ ต่อจำนวนโฟตอนที่ตกกระทบลงบนพื้นผิวของวัสดุไวแสง ตัวอย่างเช่น สำหรับตัวตรวจจับสัญญาณแสงที่ทำงานโดยอาศัยการปล่อยโฟตอน ประสิทธิภาพควอนตัมคืออัตราส่วนของจำนวนโฟโตอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวของวัสดุไวแสง ต่อจำนวนโฟตอนของสัญญาณที่วัดได้ซึ่งฉายลงบนพื้นผิว ในตัวตรวจจับสัญญาณแสงที่ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบ pn junction เป็นวัสดุไวแสง ประสิทธิภาพควอนตัมของตัวตรวจจับจะคำนวณได้โดยการหารจำนวนคู่อิเล็กตรอน-โฮลที่สร้างขึ้นโดยสัญญาณแสงที่วัดได้ด้วยจำนวนโฟตอนของสัญญาณที่ตกกระทบ อีกวิธีหนึ่งที่นิยมใช้ในการแสดงประสิทธิภาพควอนตัมของตัวตรวจจับสัญญาณแสงคือการใช้ค่าความไว (Rd) ของตัวตรวจจับ

6. เวลาตอบสนองเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ใช้ในการบ่งบอกความเร็วในการตอบสนองของตัวตรวจจับสัญญาณแสงต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มของสัญญาณแสงที่วัดได้ เมื่อสัญญาณแสงที่วัดได้ถูกปรับเปลี่ยนให้อยู่ในรูปแบบของพัลส์แสง ความเข้มของสัญญาณไฟฟ้าพัลส์ที่เกิดขึ้นจากการกระทำของพัลส์แสงต่อตัวตรวจจับจะต้อง "เพิ่มขึ้น" ไปถึง "จุดสูงสุด" ที่สอดคล้องกันหลังจากเวลาตอบสนองที่กำหนด และจาก "จุดสูงสุด" นั้นแล้วจึงลดลงกลับไปสู่ ​​"ค่าศูนย์" เริ่มต้นที่สอดคล้องกับการกระทำของพัลส์แสง เพื่ออธิบายการตอบสนองของตัวตรวจจับต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มของสัญญาณแสงที่วัดได้ เวลาที่ความเข้มของสัญญาณไฟฟ้าที่เกิดจากพัลส์แสงตกกระทบเพิ่มขึ้นจากค่าสูงสุด 10% ไปถึง 90% เรียกว่า "เวลาเพิ่มขึ้น" และเวลาที่รูปคลื่นสัญญาณไฟฟ้าพัลส์ลดลงจากค่าสูงสุด 90% ไปถึง 10% เรียกว่า "เวลาลดลง" หรือ "เวลาเสื่อมถอย"

7. ความเป็นเส้นตรงของการตอบสนองเป็นอีกหนึ่งพารามิเตอร์ลักษณะสำคัญที่บ่งบอกถึงความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันระหว่างการตอบสนองของตัวตรวจจับสัญญาณแสงและความเข้มของสัญญาณแสงที่วัดได้ ซึ่งต้องอาศัยเอาต์พุตของ...ตัวตรวจจับสัญญาณแสงให้เป็นสัดส่วนภายในช่วงความเข้มของสัญญาณแสงที่วัดได้ โดยทั่วไปจะกำหนดว่าเปอร์เซ็นต์การเบี่ยงเบนจากความเป็นเส้นตรงของอินพุต-เอาต์พุตภายในช่วงความเข้มของสัญญาณแสงอินพุตที่กำหนด คือความเป็นเส้นตรงของการตอบสนองของตัวตรวจจับสัญญาณแสง