Detectividad específica

Detectividad específica, o D*, para un fotodetector es una figura de mérito utilizada para caracterizar el rendimiento, igual al recíproco del ruido. -potencia equivalente (NEP), normalizada por raíz cuadrada del área del sensor y ancho de banda de frecuencia (recíproco del doble del tiempo de integración).

La detectividad específica es dada por DAlternativa Alternativa =AΔ Δ fNEP{displaystyle D^{*}={frac {sqrt {ADelta {}} {}}}, donde A{displaystyle A} es el área de la región fotosensible del detector, Δ Δ f{displaystyle Delta f} es el ancho de banda, y NEP el poder equivalente de ruido en unidades [W]. Se expresa comúnmente en Jones unidadescm⋅ ⋅ Hz/W{displaystyle cmcdot { sqrt {Hz}/W}) en honor de Robert Clark Jones que originalmente lo definió.

Dado que el poder equivalente al ruido puede expresarse como una función de la responsabilidad R{\displaystyle {\fnK}} (en unidades de A/W{displaystyle A/W} o V/W{displaystyle V/W}) y la densidad espectral de ruido Sn{displaystyle S_{n} (en unidades de A/Hz1/2{displaystyle A/Hz^{1/2} o V/Hz1/2{displaystyle V/Hz^{1/2}como NEP=SnR{displaystyle NEP={frac {fn} {fn} {fnK} {fn}}}} {\fnHFF}} {\fn} {fnK}}}}} {fn}} {fn}}}} {\\\fnHFF}} {\\fnHFF}}}}}}\\\\\\\\\\\\\\\\\\\fnHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHFF}\\\\\fnHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHFF}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}\\ {R}}, es común ver la detectividad específica expresada como DAlternativa Alternativa =R⋅ ⋅ ASn{displaystyle ¿Qué?.

A menudo es útil expresar la detectividad específica en términos de niveles de ruido relativos presentes en el dispositivo. Una expresión común se da a continuación.

DAlternativa Alternativa =qλ λ .. hc[4kTR0A+2q2.. CCPR CCPR b]− − 1/2{displaystyle D^{*}={frac {qlambda eta - ¿Qué? {4kT}{0}A}+2q^{2}eta {fnMicrosoft}

Con q como carga electrónica, λ λ {displaystyle lambda } es la longitud de onda de interés, h Es constante de Planck, c es la velocidad de la luz, k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura del detector, R0A{displaystyle R_{0}A} es el producto de área de resistencia dinámica cero-bias (a menudo medido experimentalmente, pero también expresible en hipótesis de nivel de ruido), .. {displaystyle eta } es la eficiencia cuántica del dispositivo, y CCPR CCPR b{displaystyle ¿Qué? es el flujo total de la fuente (a menudo un cuerpo negro) en fotones/sec/cm2.

Medición de detectividad

La detectividad se puede medir desde una configuración óptica adecuada utilizando parámetros conocidos. Necesitará una fuente de luz conocida con irradiancia conocida a una distancia de separación dada. La fuente de luz entrante se cortará a una determinada frecuencia, y luego cada longitud de onda se integrará en una constante de tiempo determinada en un número determinado de fotogramas.

En detalle, computamos el ancho de banda Δ Δ f{displaystyle Delta f} directamente desde el tiempo de integración constante tc{displaystyle T_{c}.

Δ Δ f=12tc{displaystyle Delta f={frac {1}{2t_{c}}}

A continuación, hay que medir una señal promedio y el ruido de rms desde un conjunto de N{displaystyle N} marcos. Esto se hace directamente por el instrumento, o se hace como post-procesamiento.

Signalavg=1N().. iNSignali){displaystyle {text{Signal}_{text{avg}={frac} {fn} {bign} {fn} {fn} {fn} {fn} {big}}} {big}}}} {fn}} {fn} {fn}} {fn}}} {fn}}} {fn}}}} {fn}}}} {f}}}} {f}}}}}} {f}}}} {f}}}}}}} {f}}}}} {b}}}}}} {f}}} {f}}}}} {b}}}}}}}}}}} {b}}}}}}} {f}}}}} {b}}}} {b}}}} {b}}}}}}}} {f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}

Noiserms=1N.. iN()Signali− − Signalavg)2{displaystyle {text{Noise}_{text{rms}={sqrt {fnMicroc {1} {fnK}}} {fnfn}\fnK}\fnK}fnMicrosoft Sans Serif}

Ahora, la computación del resplandor H{displaystyle H. en W/sr/cm2 debe ser calculado donde cm2 es el área emisor. A continuación, el área emisor debe convertirse en un área proyectada y el ángulo sólido; este producto se llama a menudo el etendue. Este paso puede ser evitado por el uso de una fuente calibrada, donde el número exacto de fotones/s/cm2 se conoce en el detector. Si esto es desconocido, se puede estimar utilizando la ecuación de radiación del cuerpo negro, área activa detector Ad{displaystyle A_{d} y el etendue. Esto en última instancia convierte el radio saliente del cuerpo negro en W/sr/cm2 de área emisora en una de W observada en el detector.

La capacidad de respuesta de banda ancha es solo la señal ponderada por esta potencia.

R=SignalavgHG=Signalavg∫ ∫ dHdAddΩ Ω BB{displaystyle R={text{signal}_{text{avg}{HG}}={frac {text{signal}}_{text{avg}}} {int}} {f}} {f}}} {f}}} {f}}}}} {f}f}} {f}f}}}}}}}}}}}}}}f} {f} {f}f}}}}}}f}}}f}}}}}}}}f}f} {f}}f}f}}}}}}}f} {f}f} {f}f}f}}f}}}}f}f} {f}f}f}f}f}f}f}f}}f}f}f}}f}f}f}f}}}}}} ♪♪

Dónde,

• R{displaystyle R. es la responsabilidad en unidades de señal / W, (o a veces V/W o A/W)
• H{displaystyle H. es la radiación saliente del cuerpo negro (o fuente de luz) en W/sr/cm2 de área emisor
• G{displaystyle G. es el etendue integrado total entre la fuente emisora y la superficie del detector
• Ad{displaystyle A_{d} es el área del detector
• Ω Ω BB{displaystyle Omega _{BB} es el ángulo sólido de la fuente proyectada a lo largo de la línea que la conecta a la superficie del detector.

A partir de esta métrica, la potencia equivalente al ruido se puede calcular tomando el nivel de ruido sobre la capacidad de respuesta.

NEP=NoisermsR=NoisermsSignalavgHG{displaystyle {text{NEP}={frac {text{Noise}_{text{rms}}}{R}={frac}={frac} {texto {fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif}}

Del mismo modo, la irradiancia equivalente al ruido se puede calcular utilizando la capacidad de respuesta en unidades de fotones/s/W en lugar de unidades de la señal. Ahora, la detectividad es simplemente la potencia equivalente al ruido normalizada al ancho de banda y al área del detector.

DAlternativa Alternativa =Δ Δ fAdNEP=Δ Δ fAdHGSignalavgNoiserms{displaystyle D^{*}={frac {sqrt {fnK} {fnMicroc} {fnMicroc}}} {fnMicroc} {fnMicrosoft {fnMicrosoft {fnMicrosoft {fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\\fnMicrosoft {fnMicrosoft {\\\\\fnMicrosoft}\\\\fnMicrosoft {\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\fn\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\fnMi {fnK} {fnMicroc {fnMicrosoft {fnMicrosoft} {fnMicrosoft} {f}}} {text{f}}}}}} {fnMicros}}}}}}} {f}}} {f}} {f}}}}}}} {f}}}}}}}}} {\f}}}}}}}}}}} {f}}}}}}}}} {f}}}}}}}}}} {f}} {f} {f}}}}}}}}}}}}}}}}} {f}}}}} {f} {f}}} {f}}}}}}}}}} {f}}}}}}}}f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}