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怎么选择InGaAs光电探测器?

时间:2023-07-03 17:03:43 作者:博纳德 点击:

在大多数情况下,要检测的光的四个特征限制了适当光电探测器的选择。它们是光谱成分(存在哪些波长的光)、强度(有多少光)、时间行为(是直流光、交流光还是脉冲光)和空间分布(光是准直光还是漫射光)。光电探测器输出端的信噪比 (S/N) 是一个品质因数,它决定了哪种光电探测器对于给定的输入光表现最佳。

光电探测器

一、根据波长选择

● 将观察到的光的光谱与光电探测器的光谱响应度相匹配是选择过程的第一步。

● 光谱响应度 σ(λ) 表示 PMT、PD 或 APD 将入射辐射功率转换为光电流的效率。

● 量子效率 η(λ) 和光谱响应度彼此相关。

● SiPM 的光子检测效率表示检测到的入射光子的比例。它是波长和过电压的函数。

选择过程的第一步是将观察到的光的光谱与潜在光电探测器的光谱灵敏度进行匹配。要检查的相关特性是探测器的量子效率,它是波长 η(λ) 或响应度 σ(λ) 的函数。后者也称为光谱灵敏度,或简称光敏度。量子效率是每单位时间贡献输出信号的光生电荷载流子数量与每单位时间光电探测器光敏部分上的入射光子数量的比率。响应度是光转换产生的电流 I(光电流,单位为安培)与入射光功率(单位为瓦特)的商。

二、根据强度进行选择

● 对于给定的输入光强度,估计光电探测器输出的信噪比,并确定哪个光电探测器可以提供最高的信噪比。

● 入射光功率必须大于探测器的最小可检测功率才能成为可行的选择。

选择过程的第二步是估计给定入射光强度的光电探测器输出端的信噪比,潜在用户需要知道(至少是大致知道)。期望的结果是尽可能高的信噪比。

三、基于入射光时间特性的选择

● 直流输入光具有恒定的强度。交流输入光的强度随时间变化。脉冲输入光以离散的光子包形式到达。

● 对于交流光和脉冲光,光电探测器的电容会影响上升时间、时间抖动和检测带宽。

● 在脉冲光和交流光中还应考虑动态范围和线性度。

入射光的强度可以是时间的函数。如果强度恒定,则为直流光;如果强度随时间变化,则为交流光;如果以离散的光子包形式到达,则为脉冲光。直流光对光电探测器没有额外的限制,但其他两种则有。对于交流和脉冲光,电容(结点电容、寄生电容或端子电容)很重要:它们的值会影响输出信号的上升时间、时间抖动和检测带宽。

四、根据入射光的空间特性进行选择

如果入射光水平较低但光线接近准直,则采用聚焦光学器件可以增加探测器上的入射光功率,从而提高信噪比。然而,如果入射光是漫射的,聚焦光学器件将不会增加入射功率(漫射光无法聚焦);唯一的其他选择是使用具有更大活动区域的探测器。代价是光电探测器中的暗电流较高,这会增加噪声,从而增加 NEP。如上所述,在 PD、APD 和 SiPM(但不是 PMT)的情况下,较大的有源面积会由于较大的结电容而降低检测带宽。

五、根据价格选择

● 如果基于波长、光强度、时间特性和空间特性的选择不仅仅指向一个探测器,那么价格可能是决定性因素。

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