La detectividad específica , o D * , para un fotodetector es una figura de mérito utilizada para caracterizar el rendimiento, igual al recíproco de potencia equivalente al ruido (NEP), normalizado por raíz cuadrada del área del sensor y ancho de banda de frecuencia (recíproco del doble de la integración hora).
La detectividad específica está dada por , dónde es el área de la región fotosensible del detector, es el ancho de banda y NEP la potencia equivalente de ruido en unidades [W]. Se expresa comúnmente en unidades Jones () en honor a Robert Clark Jones, quien la definió originalmente. [1] [2]
Dado que la potencia equivalente al ruido se puede expresar en función de la capacidad de respuesta (en unidades de o ) y la densidad espectral de ruido (en unidades de o ) como , es común ver la detectividad específica expresada como .
A menudo es útil expresar la detectividad específica en términos de niveles de ruido relativos presentes en el dispositivo. A continuación se da una expresión común.
Con q como carga electrónica,es la longitud de onda de interés, h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz, k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura del detector, es el producto del área de resistencia dinámica de polarización cero (a menudo medido experimentalmente, pero también expresable en supuestos de nivel de ruido), es la eficiencia cuántica del dispositivo, y es el flujo total de la fuente (a menudo un cuerpo negro) en fotones / seg / cm².
Medida de la detección
La detección se puede medir a partir de una configuración óptica adecuada utilizando parámetros conocidos. Necesitará una fuente de luz conocida con irradiancia conocida a una distancia de separación determinada. La fuente de luz entrante se cortará a una cierta frecuencia, y luego cada longitud de onda se integrará en una constante de tiempo determinada en un número determinado de fotogramas.
En detalle, calculamos el ancho de banda directamente de la constante de tiempo de integración .
A continuación, se debe medir una señal promedio y un ruido rms a partir de un conjunto demarcos. Esto se realiza directamente por el instrumento o como posprocesamiento.
Ahora, el cálculo del resplandor en W / sr / cm² debe calcularse donde cm² es el área de emisión. A continuación, el área de emisión debe convertirse en un área proyectada y el ángulo sólido ; este producto a menudo se llama etendue . Este paso puede obviarse mediante el uso de una fuente calibrada, donde el detector conoce el número exacto de fotones / s / cm². Si se desconoce, se puede estimar utilizando la ecuación de radiación de cuerpo negro , área activa del detectory el etendue. Esto finalmente convierte el resplandor saliente del cuerpo negro en W / sr / cm² de área de emisión en uno de W observado en el detector.
La capacidad de respuesta de banda ancha es entonces solo la señal ponderada por este vataje.
Dónde,
- es la capacidad de respuesta en unidades de Señal / W (o, a veces, V / W o A / W)
- es el resplandor saliente del cuerpo negro (o fuente de luz) en W / sr / cm² del área de emisión
- es la extensión total integrada entre la fuente emisora y la superficie del detector
- es el área del detector
- 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, se puede calcular la potencia equivalente al ruido tomando el nivel de ruido sobre la capacidad de respuesta.
De manera similar, la irradiancia equivalente al ruido se puede calcular utilizando la capacidad de respuesta en unidades de fotones / s / W en lugar de en unidades de la señal. Ahora, la detectividad es simplemente la potencia equivalente al ruido normalizada al ancho de banda y al área del detector.
Referencias
- ^ RC Jones, "Eficiencia cuántica de fotoconductores", Proc. IRIS 2 , 9 (1957)
- ^ RC Jones, "Propuesta de la detectividad D ** para detectores limitados por ruido de radiación", J. Opt. Soc. Soy. 50 , 1058 (1960), doi : 10.1364 / JOSA.50.001058 )
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