Specyficzna wykrywalność

Wykrywalność właściwa lub D* w przypadku fotodetektora jest współczynnikiem zasług stosowanym do scharakteryzowania wydajności, równym odwrotności mocy równoważnej szumowi (NEP), znormalizowanej na pierwiastek kwadratowy powierzchni czujnika i szerokości pasma częstotliwości (odwrotność dwukrotności całkowania czas).

$jest$ określona przez , gdzie wynosi $} = {\ Frac {\ sqrt {A \ Delta f}} {NEP}}}$ * obszar światłoczułego obszaru detektora $]$ szerokość pasma, a NEP to moc równoważna szumowi w jednostkach [W Jest powszechnie wyrażany w jednostkach Jonesa ( ${\ displaystyle cm \ cdot {\ sqrt {Hz}} / W}$ ) na cześć Roberta Clarka Jonesa , który pierwotnie to zdefiniował.

${\ displaystyle A/W}$ jako funkcję responsywności ( w jednostkach $lub$ V $\ displaystyle V / W.}$ i $($ widmowa jednostkach lub V $^ {1/2}$${\ Displaystyle V / Hz ^ {1/2}}$ ) jako ${\ Displaystyle NEP = {\ Frac {S_ {n}} {\ mathfrak {R}}}$ } $D ^ {*} = {\ Frac {{\ mathfrak {R}} \ cdot {\ sqrt {A}}} {S_ {n }}}}$ Displaystyle .

Często przydatne jest wyrażenie określonej wykrywalności w kategoriach względnych poziomów hałasu występującego w urządzeniu. Poniżej podano popularne wyrażenie.

${\ Displaystyle D ^ {*} = {\ Frac {q \ lambda \ eta } {hc}} \ lewy[{\frac {4kT}{R_{0}A}}+2q^{2}\eta \Phi _{b}\prawy]^{-1/2}}$

Z q jako ładunkiem elektronowym, jest interesującą długością $fali ,$ h jest stałą Plancka, c jest prędkością światła, k stałą Boltzmanna, T jest temperaturą detektora, ${\ displaystyle R_{0}A}$ jest iloczynem obszaru rezystancji dynamicznej o zerowym odchyleniu (często mierzonym eksperymentalnie, ale można go również wyrazić w założeniach dotyczących poziomu szumu), $wydajnością$ kwantową urządzenia i $to$ całkowity strumień źródła (często ciała doskonale czarnego) w fotonach/s/

Pomiar wykrywalności

Detektywność można zmierzyć na podstawie odpowiedniego układu optycznego, stosując znane parametry. Będziesz potrzebował znanego źródła światła o znanym natężeniu promieniowania w danej odległości. Przychodzące źródło światła zostanie przecięte z określoną częstotliwością, a następnie każda długość fali zostanie scalona w ramach danej stałej czasowej w danej liczbie klatek.

$.$ obliczamy szerokość $całkowania$ ze czasowej

${\ Displaystyle \ Delta f = {\ Frac {1} {2t_ {c}}}}$

$Następnie$ należy zmierzyć średni sygnał i szum skuteczny na podstawie zestawu . Odbywa się to bezpośrednio przez instrument lub w ramach przetwarzania końcowego.

${\ Displaystyle {\ tekst {Sygnał}} _ {\ tekst {średnio}} = {\ Frac {1} {N}} {\ duży (} \ suma _ { ja} ^ {N} {\ tekst {sygnał}} _ {i} {\ duży)}}$

${\ displaystyle {\ tekst {hałas}} _ {\text{rms}}={\sqrt {{\frac {1}{N}}\sum _{i}^{N}({\text{Sygnał}}_{i}-{\text{Sygnał }}_{\text{średnio}})^{2}}}}$

Teraz obliczenie luminancji $cm²$ należy obliczyć, gdzie cm² to obszar emitujący. Następnie obszar emitujący należy przeliczyć na obszar rzutowany i kąt bryłowy ; ten produkt jest często nazywany etendue . Można obejść ten etap, stosując skalibrowane źródło, dla którego w detektorze znana jest dokładna liczba fotonów/s/cm². Jeśli nie jest to znane, można to oszacować za pomocą promieniowania ciała doskonale czarnego i obszaru aktywnego detektora. ${\ displaystyle A_ {d}}$ i etenda. To ostatecznie przekształca wychodzącą jasność ciała czarnego w W/sr/cm² obszaru emitującego na jeden z W obserwowany na detektorze.

Czułość szerokopasmowa jest wówczas sygnałem ważonym przez tę moc.

${\ Displaystyle R = {\ Frac {{\ tekst {Sygnał}} _ {\ tekst {średnio}}} {HG}} =$

Gdzie,

• $czułość$ w jednostkach sygnału / W (lub czasami V/W lub A/W
• to promieniowanie wychodzące z ciała czarnego (lub źródła światła) w W / sr / cm² $powierzchni$
• $zintegrowaną$ długością między źródłem emitującym a powierzchnią detektora
• $_$ obszar
• $jest$ kątem bryłowym źródła rzutowanym wzdłuż linii łączącej je z

Z tej metryki można obliczyć moc równoważną szumowi, biorąc poziom szumu przez czułość.

${\ displaystyle {\ tekst {NEP}} = {\ Frac {{\ tekst {hałas}} _ {\ tekst {rms}}} {R}} = {\ frac {{\text{Szum}}_{\text{rms}}}{{\text{Sygnał}}_{\text{średnio}}}}HG}$

Podobnie, natężenie napromienienia równoważne szumowi można obliczyć, stosując czułość w jednostkach fotonów/s/W zamiast w jednostkach sygnału. Teraz wykrywalność to po prostu moc równoważna szumowi znormalizowana do szerokości pasma i obszaru detektora.

$\ Displaystyle D ^ {*} = {\ Frac {\ sqrt {\ Delta fA_ {d}}} {\ tekst {NEP}} }={\frac {\sqrt {\Delta fA_{d}}}{HG}}{\frac {{\text{Sygnał}}_{\text{avg}}}{{\text{Szum}}_ {\text{rms}}}}}$

Ten artykuł zawiera materiały należące do domeny publicznej z normy federalnej 1037C . Administracja Usług Ogólnych . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22.01.2022 r.