光電探測(cè)器基于入射光時(shí)間特性、入射光空間特性的選擇

入射光的強(qiáng)度可以是時(shí)間的函數(shù)。如果光的強(qiáng)度恒定，它就是“直流光”;如果光的強(qiáng)度隨時(shí)間變化，它就是“交流光”;如果光以離散的光子包的形式到達(dá)，它就是“脈沖光”。直流光對(duì)光電探測(cè)器沒有額外的限制，而其他兩種則有限制。對(duì)于交流光和脈沖光，電容(例如，結(jié)、寄生或終端)很重要——它們的值影響輸出信號(hào)的上升時(shí)間、時(shí)間抖動(dòng)和檢測(cè)帶寬。表1列出了這些參數(shù):上升時(shí)間和帶寬適用于50-Ω電阻性負(fù)載(電流-電壓轉(zhuǎn)換)，而時(shí)間抖動(dòng)適用于單光子照明。增加負(fù)載電阻會(huì)增加輸出電壓，但會(huì)降低帶寬。由于輸出中的噪聲量隨著帶寬的增加而增加，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)有足夠的帶寬來進(jìn)行觀測(cè)。

動(dòng)態(tài)范圍和一個(gè)相關(guān)的概念-光電探測(cè)器的線性-也應(yīng)該在脈沖和交流檢測(cè)中進(jìn)行檢查。是否有足夠的動(dòng)態(tài)范圍來檢測(cè)入射強(qiáng)度的全部變化?輸入和輸出信號(hào)是否線性相關(guān)?如果不是，偏差是多少，是否可以接受?有幾個(gè)因素可以影響光電探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍，如本振本底噪聲、偏置電平、輸出負(fù)載，以及在SiPM的情況下，單元數(shù)。制造商通常以圖表的形式提供動(dòng)態(tài)范圍和線性度的信息，例如線性度與入射光功率的關(guān)系或線性度與負(fù)載電阻的關(guān)系。

如果入射光水平較低，但光線接近準(zhǔn)直，采用聚焦光學(xué)器件可以增加探測(cè)器的入射光功率，從而提高信噪比。然而，如果入射光是漫射的，聚焦光學(xué)不會(huì)增加入射功率，因?yàn)槁涔獠荒芫劢?。唯一的其他選擇是使用一個(gè)具有更大的活躍面積的探測(cè)器。不過，這樣做的代價(jià)是光電探測(cè)器中的暗電流會(huì)增大，這會(huì)增加噪聲，從而增加NEP。在PD、APD和SiPM(不包括PMT)的情況下，由于較大的結(jié)電容，較大的有源面積會(huì)降低檢測(cè)帶寬。

審核編輯 黃宇