Специфическая детективность

Эта статья может чрезмерно полагаться на источники, слишком тесно связанные с темой , что потенциально делает статью непроверяемой и нейтральной . Пожалуйста , помогите улучшить ее, заменив их более подходящими ссылками на надежные, независимые источники . ( Октябрь 2018 ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

Удельная обнаружительная способность , или D* , для фотодетектора — это показатель качества, используемый для характеристики производительности, равный обратной величине эквивалентной шуму мощности (NEP), нормализованной на квадратный корень площади датчика и полосы пропускания частот (обратной величине удвоенного времени интегрирования).

Удельная обнаружительная способность определяется как , где - площадь светочувствительной области детектора, - ширина полосы пропускания, а NEP - эквивалентная шуму мощность в единицах [Вт]. Обычно выражается в единицах Джонса ( ) в честь Роберта Кларка Джонса, который изначально ее определил. ^{[1] [2]}${\displaystyle D^{*}={\frac {\sqrt {A\Delta f}}{NEP}}}$${\displaystyle А}$${\displaystyle \Дельта f}$${\displaystyle см\cdot {\sqrt {Гц}}/Вт}$

Учитывая, что эквивалентная шуму мощность может быть выражена как функция чувствительности ( в единицах или ) и спектральной плотности шума (в единицах или ) , обычно удельную обнаружительную способность выражают как .${\displaystyle {\mathfrak {R}}}$${\displaystyle А/В}$${\displaystyle В/В}$ ${\displaystyle S_{n}}$${\displaystyle А/Гц^{1/2}}$${\displaystyle В/Гц^{1/2}}$${\displaystyle NEP={\frac {S_{n}}{\mathfrak {R}}}}$${\displaystyle D^{*}={\frac {{\mathfrak {R}}\cdot {\sqrt {A}}}{S_{n}}}}$

Часто бывает полезно выразить удельную обнаружительную способность в терминах относительных уровней шума, присутствующих в устройстве. Общее выражение приведено ниже.

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

Где q — заряд электрона, — длина волны, h — постоянная Планка, c — скорость света, k — постоянная Больцмана, T — температура детектора, — произведение динамического сопротивления на площадь при нулевом смещении (часто измеряется экспериментально, но также может быть выражено в предположениях об уровне шума), — квантовая эффективность устройства, а — полный поток источника (часто черного тела) в фотонах/сек/ ^см2 .${\displaystyle \лямбда}$${\displaystyle R_{0}A}$${\displaystyle \эта}$${\displaystyle \Фи _{б}}$

Обнаружительная способность может быть измерена с помощью подходящей оптической установки с использованием известных параметров. Вам понадобится известный источник света с известной облученностью на заданном расстоянии. Входящий источник света будет прерван на определенной частоте, а затем каждая длина волны будет интегрирована в течение заданной постоянной времени в течение заданного количества кадров.

Более подробно, мы вычисляем полосу пропускания непосредственно из постоянной времени интегрирования .${\displaystyle \Дельта f}$${\displaystyle t_{c}}$

${\displaystyle \Delta f={\frac {1}{2t_{c}}}}$

Далее необходимо измерить средний сигнал и среднеквадратичный шум из набора кадров. Это делается либо непосредственно прибором, либо в качестве постобработки.${\displaystyle N}$

${\displaystyle {\text{Сигнал}}_{\text{avg}}={\frac {1}{N}}{\big (}\sum _{i}^{N}{\text{Сигнал}}_{i}{\big )}}$

${\displaystyle {\text{Шум}}_{\text{rms}}={\sqrt {{\frac {1}{N}}\sum _{i}^{N}({\text{Сигнал}}_{i}-{\text{Сигнал}}_{\text{avg}})^{2}}}}$

Теперь необходимо вычислить яркость в Вт/ср/см ^{2 , где см 2} — это излучающая площадь. Затем излучающая площадь должна быть преобразована в проекционную площадь и телесный угол ; это произведение часто называют etendue . Этот шаг можно обойти, используя калиброванный источник, где точное число фотонов/с/см ² известно на детекторе. Если это неизвестно, его можно оценить с помощью уравнения излучения черного тела , активной площади детектора и etendue. Это в конечном итоге преобразует исходящую яркость черного тела в Вт/ср/см ² излучающей площади в один из W, наблюдаемый на детекторе.${\displaystyle H}$${\displaystyle A_{d}}$

Широкополосная чувствительность представляет собой просто сигнал, взвешенный по этой мощности.

${\displaystyle R={\frac {{\text{Сигнал}}_{\text{средн.}}}{HG}}={\frac {{\text{Сигнал}}_{\text{средн.}}}{\int dHdA_{d}d\Omega _{BB}}},}$

где

• ${\displaystyle R}$чувствительность в единицах Сигнал/Вт (или иногда В/Вт или А/Вт)
• ${\displaystyle H}$- это исходящее излучение черного тела (или источника света) в Вт/ср/см ² излучающей площади
• ${\displaystyle G}$это полное интегрированное расстояние между источником излучения и поверхностью детектора
• ${\displaystyle A_{d}}$это область детектора
• ${\displaystyle \Омега _{BB}}$— телесный угол источника, проецируемый вдоль линии, соединяющей его с поверхностью детектора.

На основе этой метрики можно рассчитать эквивалентную шуму мощность, взяв уровень шума за чувствительность.

${\displaystyle {\text{NEP}}={\frac {{\text{Шум}}_{\text{rms}}}{R}}={\frac {{\text{Шум}}_{\text{rms}}}{{\text{Сигнал}}_{\text{avg}}}}HG}$

Аналогично, эквивалентную шуму облученность можно вычислить, используя чувствительность в единицах фотонов/с/Вт вместо единиц сигнала. Теперь обнаружительная способность — это просто эквивалентная шуму мощность, нормализованная по полосе пропускания и площади детектора.

${\displaystyle D^{*}={\frac {\sqrt {\Delta fA_{d}}}{\text{NEP}}}={\frac {\sqrt {\Delta fA_{d}}}{HG}}{\frac {{\text{Сигнал}}_{\text{средний}}}{{\text{Шум}}_{\text{среднеквадратичное значение}}}}}$

• Чувствительность (электроника)

 В этой статье использованы материалы из Федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22.