光電探測器選型之基于強度的選擇

選擇過程的第二步是估計給定入射光強度下光電探測器輸出端的信噪比，這是潛在用戶需要知道的一個重要因素，至少是近似的。期望的結(jié)果是盡可能高的信噪比。

文獻中使用了兩種不同的輻射強度定義。在第一個定義中，它是每單位立體角的輻射功率，在第二個定義中是通過單位面積的輻射功率。后者更恰當?shù)胤Q為輻照度，或I(單位為W?m?2)。假設具有恒定輻照度的單色光照射具有有效面積a的光電探測器。光子到達表面的速率(nγ)為：

在這個方程中，Eγ=hc/λ是單個光子的能量;P=IA是入射光的功率;h是普朗克常數(shù)，c是光速。探測器中電荷載流子光生的最終速率由下式給出：

光探測器的輸出信號可以看作是電流脈沖的時間順序，每個脈沖都來自一個光產(chǎn)生的電荷載流子。綜上所述，方程1和2表明，ne線性依賴于I和a的乘積。最大化S/N可能包括最大化信號S和/或最小化噪聲N。對于給定的輻照度，增加信號可能通過增加入射光功率和光收集光學器件或通過選擇具有更大的有效面積的光電探測器?？梢酝ㄟ^選擇具有較低固有噪聲的檢測器和/或通過限制檢測帶寬來降低噪聲。制造商提供指南，有時在印刷和作為在線資源，如何估計最小可檢測功率-輸入光功率產(chǎn)生的S/N = 1在檢測器的輸出。光電探測器的規(guī)格表也可能以W/√Hz為單位列出噪聲等效功率(NEP)，即在1hz帶寬下產(chǎn)生等于噪聲電流均方根(rms)的入射光功率。NEP在比較光電探測器時是有用的，在其他條件相同的情況下，具有較低NEP的光電探測器產(chǎn)生較高的信噪比輸出。

重要的是要注意幾點:

1)完整的信噪比估計應該包括檢測電路對噪聲的貢獻(例如，由電阻或跨阻放大器引起的噪聲)。對于具有內(nèi)部增益的光電探測器來說，這一貢獻變得不那么重要，而這一事實本身就是光電探測器中增益的原因。最小可探測功率是探測帶寬的函數(shù)。更高的帶寬增加了噪聲，因此增加了最小可探測功率。另外，對于給定功率的輸入光，較高的帶寬會降低信噪比。

3)如果需要高保真度，則需要大帶寬-輸出電信號準確地再現(xiàn)輸入光信號。

4)給定帶寬下的最小可探測功率總是大于相同帶寬下的NEP。

5)光電探測器的終端電容影響檢測帶寬，電容越高，帶寬越小。

6)對于固態(tài)光電探測器(pmt除外)，較大的有源面積會導致較大的端電容，從而降低檢測帶寬。因此，在靈敏度和帶寬之間，或者靈敏度和信號保真度之間存在權(quán)衡。

審核編輯 黃宇