五、能量阈P和噪声等效功率NEP d i ■从灵敏度R的定义式 R 可见,如果P=0,应有≥0 ap p ■实际情况是,当P=0时,光电探测器的输出 电流并不为零。 ■这个电流称为暗电流或噪声电流,记为=(2 它是瞬时噪声电流的有效值。 ■显然,这时灵敏度R巳失去意义,我们必须 定义一个新参量来描述光电探测器的这种特 性 生的原因将在下一节中专门讨论
五、能量阈Pth和噪声等效功率NEP ◼ 从灵敏度R的定义式 ◼ 可见，如果P＝0，应有i=0 ◼ 实际情况是，当P＝0时，光电探测器的输出 电流并不为零。 ◼ 这个电流称为暗电流或噪声电流，记为 ◼ 它是瞬时噪声电流的有效值。 ◼ 显然，这时灵敏度R巳失去意义，我们必须 定义一个新参量来描述光电探测器的这种特 性。 ◼ i n产生的原因将在下一节中专门讨论。 dp di Ri = p i = 1/ 2 2 ( ) n n i = i
考虑到这个因素之后,一个光电探测器完成光电 转换过程的模型如图所示。放大器过程 光电电流 效应增益 输出 信号加 噪声 内部 噪声 图中的光功率P和P分别为信号和背景光功率 ■可见,即使P和P都为零,也会有噪声输出 ■噪声的存在,限制了探测微弱信号的能力。 ■通常认为,如果信号光功率产生的信号光电流 等于噪声电流i,那么就认为刚刚能探测到光信 号存在
◼ 考虑到这个因素之后，一个光电探测器完成光电 转换过程的模型如图所示。 ◼ 图中的光功率Ps和Pb分别为信号和背景光功率。 ◼ 可见，即使Ps和Pb都为零，也会有噪声输出。 ◼ 噪声的存在，限制了探测微弱信号的能力。 ◼ 通常认为，如果信号光功率产生的信号光电流i s 等于噪声电流in，那么就认为刚刚能探测到光信 号存在。 光电 效应 s i n i Ps Pb 内部 噪声 信号加 噪声 电流 增益 放大器过程 输出
■依照这一判据,定义探测器的通量阈P为 R(DL) 例如,若R=10A/pW,i=0.01A,则通量 阈Pb=0.001pW。也就是说,小于0.001做瓦 的信号光功率不能被探测器所得知,所以, 通量阈是探测器所能探测的最小光信号功率 同一个问题,还有另一种更通用的表述方法, 这就是噪声等效功率NEP。它定义为单位 信噪比时的信号光功率。信噪比SNR定义为 (电流信噪比 SNR SNR=(电压信噪比
◼ 依照这一判据，定义探测器的通量阈Pth为 ◼ 例如，若Ri=10μA/μW，i n=0.01μA，则通量 阈Pth ＝0.001μW。也就是说，小于0.001微瓦 的信号光功率不能被探测器所得知，所以， 通量阈是探测器所能探测的最小光信号功率。 ◼ 同一个问题，还有另一种更通用的表述方法， 这就是噪声等效功率NEP。它定义为单位 信噪比时的信号光功率。信噪比SNR定义为 ◼ (电流信噪比) (瓦) i n th R i P = n s i i SNR = n s u u SNR = (电压信噪比)
■于是有: NEP= P P R R SNR 显然,NEP越小,表明探测器探测微弱信 号的能力越强。所以NEP是描述光电探泱 器探测能力的参数。 六、归一化探测度D米读作D星 ■NEP越小,探测器探测能力越高,不符合 人们“越大越好”的习惯,于是取NEP的倒 数并定义为探测度D,即 D (瓦) NEP ■这样,D值大的探测器就表明其探测力髙
◼ 于是有 ： ◼ 显然，NEP越小，表明探测器探测微弱信 号的能力越强。所以NEP是描述光电探测 器探测能力的参数。 ◼六、归一化探测度D*(读作D星) ◼ NEP越小，探测器探测能力越高，不符合 人们“越大越好”的习惯，于是取NEP的倒 数并定义为探测度D，即 ◼ 这样，D值大的探测器就表明其探测力高。 (SNR) 1 NEP = = = = = = i s i s s n i s s s i n t h P SNR P i i R i i i R i P ( ) NEP 1 −1 D = 瓦
■实际使用中,经常需要在同类型的不同探 测器之间进行比较,发现“D值大的探测器 其探测能力一定好”的结论并不充分。 ■究其原因,主要是探测器光敏面积1和测量 带宽Δ对D值影响甚大。 ■从下一节讨论中我们将会知道,探测器的 噪声功率N∝,所以zn∝√(4 于是由D的定义知D(4)2。 ■另一方面,探测器的噪声功率N∞A 所以i∝(A)2 又有 D∞(A)2
◼ 实际使用中，经常需要在同类型的不同探 测器之间进行比较，发现“D值大的探测器 其探测能力一定好”的结论并不充分。 ◼ 究其原因，主要是探测器光敏面积A和测量 带宽Δf对D值影响甚大。 ◼ 从下一节讨论中我们将会知道，探测器的 噪声功率N ∝Δf，所以 ， ◼ 于是由D的定义知 。 ◼ 另一方面，探测器的噪声功率N∝A ◼ 所以 ， ◼ 又有 。 i ( f ) n 2 1 ( ) − D f 2 1 i (A) n 2 1 ( ) − D A