探测率

更新时间:2023-12-10 09:12

探测率是描述一个探测器性能的重要参数,探测率定义为等效噪声功率(NEP)的倒数。

基本概述

等效噪声功率是指:当信号电流或者电压与噪声的均方根电流(或均方根电压)相等时,对应的入射辐通量Φe叫做等效噪声功率。

对于探测器而言,探测率越高,探测器性能越好。

作为探测器探测最小光信号能力的指标,通常用符号D表示,单位为W^(-1)。对于光电探测器,D愈大愈好。

探测率是表征探测器灵敏度的量,其大小与探测器的接收面积的平方根、带宽的平方根均成正比 (由以下公式Detectivity 可知)。当探测器的接收面积为单位面积,放大器的带宽为1Hz时,单位功率的辐射所获得的信噪比,称为比探测率,记为D*,单位为cm·Hz^(1/2)·W^(-1)。

提高探测率方法

根据定义,噪声等效功率NEP和探测率D分别为:

式中 --器件光敏面积

在高频区,前置放大器的电压噪声是主要的, 由式(5.1),(5.2)可得:

由此可见,电压噪声属于噪声区域的高频区,通过减小噪声等效电阻 的值来增大D的值,为了能够降低电极面积A的值,我们选用边电极结构,并材料采用第一优值大的材料。

当频率较高时,热噪声 占主导作用,它是由热释电材料介电耗损而引起的,因此我们由式(5.1)、(5.2)可得到

在H可忽略的情况下,将器件电容 和介电损耗因子 代入上两式,得:

对于式(5.8),由于Aa为器件的体积,在体积相同的情况下,无论采用免电极结构还是边电极结构所得到的D都是一样的。

通常情况下,我们称 为热电材料的第三优值。

那么,通过选用第三优值大的材料并降低垂直于光敏面方向的晶体厚度来提高热电释探测器的D值。

当频率较低时,热噪声 占主导作用,它是由前置放大器的输入电阻 引起的。所以由式(5.1)、(5.2),在 可忽略的情况下,则有

可见,为了提高器件的D,应选用 大的材料,并采用面电极结构以减小a,同时要将放大器的输入电阻的值尽量的提高,将场效应晶体管的栅漏电流降低。一般情况下,在较低的频率区域,电流噪声在热释电探测器中占主导作用。

当 可忽略和时,则有

因此,我们采用第二优值大材料和面电极结构来提高器件的D值,同时,场效应晶体管的栅极电流减小。

由以上分析可知,当前置放大器的噪声为主要噪声时,即与器件的光敏面面积有关。在这种情况下,继续使用D值来描述或比较探测器的性能是不够合理的。另外可以看到,在整个高频和中间频率区,如果能使得和都低于,这时D就与频率无关了,此时高频方面的限制主要是高频响应度随频率的提高而下降所引起的,对此我们可以用高频增强放大来提高高频限。

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