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光电探测器基于入射光时间特性、入射光空间特性的选择

jf_64961214 来源:jf_64961214 作者:jf_64961214 2024-09-11 06:28 次阅读

入射光的强度可以是时间的函数。如果光的强度恒定,它就是“直流光”;如果光的强度随时间变化,它就是“交流光”;如果光以离散的光子包的形式到达,它就是“脉冲光”。直流光对光电探测器没有额外的限制,而其他两种则有限制。对于交流光和脉冲光,电容(例如,结、寄生或终端)很重要——它们的值影响输出信号的上升时间、时间抖动和检测带宽。表1列出了这些参数:上升时间和带宽适用于50-Ω电阻性负载(电流-电压转换),而时间抖动适用于单光子照明。增加负载电阻会增加输出电压,但会降低带宽。由于输出中的噪声量随着带宽的增加而增加,一个设计良好的系统有足够的带宽来进行观测。

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动态范围和一个相关的概念-光电探测器的线性-也应该在脉冲和交流检测中进行检查。是否有足够的动态范围来检测入射强度的全部变化?输入和输出信号是否线性相关?如果不是,偏差是多少,是否可以接受?有几个因素可以影响光电探测器的动态范围,如本振本底噪声、偏置电平、输出负载,以及在SiPM的情况下,单元数。制造商通常以图表的形式提供动态范围和线性度的信息,例如线性度与入射光功率的关系或线性度与负载电阻的关系。

如果入射光水平较低,但光线接近准直,采用聚焦光学器件可以增加探测器的入射光功率,从而提高信噪比。然而,如果入射光是漫射的,聚焦光学不会增加入射功率,因为漫射光不能聚焦。唯一的其他选择是使用一个具有更大的活跃面积的探测器。不过,这样做的代价是光电探测器中的暗电流会增大,这会增加噪声,从而增加NEP。在PD、APD和SiPM(不包括PMT)的情况下,由于较大的结电容,较大的有源面积会降低检测带宽。

审核编辑 黄宇

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