Parámetros característicos básicos de los fotodetectores de señal óptica

Parámetros característicos básicos de la señal ópticafotodetectores:

Antes de examinar las distintas formas de fotodetectores, se deben considerar los parámetros característicos de su rendimiento operativo.fotodetectores de señal ópticaSe resumen estas características, que incluyen la responsividad, la respuesta espectral, la potencia equivalente de ruido (NEP), la detectividad específica (D*), la eficiencia cuántica y el tiempo de respuesta.

La responsividad (Rd) se utiliza para caracterizar la sensibilidad de respuesta del dispositivo a la energía de la radiación óptica. Se representa mediante la relación entre la señal de salida y la señal incidente. Esta característica no refleja las características de ruido del dispositivo, sino únicamente la eficiencia de conversión de la energía de la radiación electromagnética en corriente o voltaje. Por lo tanto, puede variar con la longitud de onda de la señal de luz incidente. Además, las características de respuesta de potencia también dependen de la polarización aplicada y la temperatura ambiente.

2. La respuesta espectral es un parámetro que caracteriza la relación entre la respuesta en potencia del detector de señal óptica y la función de longitud de onda de la señal óptica incidente. Las características de respuesta espectral de los fotodetectores de señal óptica a diferentes longitudes de onda se describen cuantitativamente mediante una curva de respuesta espectral. Cabe destacar que solo la respuesta espectral máxima de la curva se calibra en valor absoluto, mientras que las demás respuestas espectrales a diferentes longitudes de onda se expresan mediante valores relativos normalizados con respecto a la respuesta espectral máxima.

3. La potencia equivalente de ruido es la potencia de la señal de luz incidente necesaria para que la tensión de la señal de salida generada por el detector de señal óptica sea igual al nivel de tensión de ruido inherente al propio dispositivo. Es el factor principal que determina la intensidad mínima de la señal óptica que puede medir el detector de señal óptica, es decir, la sensibilidad de detección.

4. La sensibilidad específica de detección es un parámetro característico que define las propiedades inherentes del material fotosensible del detector. Representa la densidad de corriente de fotones incidentes más baja que puede medir un detector de señal óptica. Su valor varía según las condiciones de operación del detector de longitud de onda de la señal de luz medida (como la temperatura ambiente, la polarización aplicada, etc.). Cuanto mayor sea el ancho de banda del detector, mayor será su área, menor la potencia equivalente de ruido (NEP) y mayor la sensibilidad específica de detección. Una mayor sensibilidad específica de detección implica que el detector es adecuado para la detección de señales ópticas mucho más débiles.

5. La eficiencia cuántica Q es otro parámetro característico importante de los detectores de señales ópticas. Se define como la relación entre el número de respuestas cuantificables producidas por el fotón en el detector y el número de fotones incidentes en la superficie del material fotosensible. Por ejemplo, en detectores de señales ópticas que operan mediante emisión de fotones, la eficiencia cuántica es la relación entre el número de fotoelectrones emitidos desde la superficie del material fotosensible y el número de fotones de la señal medida proyectados sobre dicha superficie. En un detector de señales ópticas que utiliza un material semiconductor de unión pn como material fotosensible, la eficiencia cuántica del detector se calcula dividiendo el número de pares electrón-hueco generados por la señal óptica medida entre el número de fotones de señal incidentes. Otra representación común de la eficiencia cuántica de un detector de señales ópticas es mediante su responsividad Rd.

6. El tiempo de respuesta es un parámetro importante para caracterizar la velocidad de respuesta del detector de señal óptica ante el cambio de intensidad de la señal de luz medida. Cuando la señal de luz medida se modula en forma de pulso de luz, la intensidad de la señal eléctrica del pulso generada por su acción sobre el detector debe alcanzar un valor máximo tras un cierto tiempo de respuesta, y luego descender hasta el valor inicial cero correspondiente a la acción del pulso de luz. Para describir la respuesta del detector al cambio de intensidad de la señal de luz medida, el tiempo que tarda la intensidad de la señal eléctrica generada por el pulso de luz incidente en aumentar desde su valor máximo del 10 % hasta el 90 % se denomina «tiempo de subida», y el tiempo que tarda la forma de onda del pulso de señal eléctrica en disminuir desde su valor máximo del 90 % hasta el 10 % se denomina «tiempo de bajada» o «tiempo de decaimiento».

7. La linealidad de respuesta es otro parámetro característico importante que describe la relación funcional entre la respuesta del detector de señal óptica y la intensidad de la señal de luz incidente medida. Requiere la salida deldetector de señal ópticaDebe ser proporcional dentro de un cierto rango de intensidad de la señal óptica medida. Generalmente se define como la desviación porcentual de la linealidad entrada-salida dentro del rango especificado de intensidad de la señal óptica de entrada la linealidad de respuesta del detector de señal óptica.