探測率

探測率是描述一個探測器性能的重要參數，探測率定義為等效噪聲功率（NEP）的倒數。等效噪聲功率是指：當信號電流或者電壓與噪聲的均方根電流（或均方根電壓）相等時，對應的入射輻通量Φe叫做等效噪聲功率。

對於探測器而言，探測率越高，探測器性能越好。

基本介紹

• 中文名：探測率
• 外文名：Detectivity
• 表示符號：D
• 定    義： 等效噪聲功率（NEP）的倒數

基本概述

探測率是描述一個探測器性能的重要參數，探測率定義為等效噪聲功率（NEP）的倒數。等效噪聲功率是指：當信號電流或者電壓與噪聲的均方根電流（或均方根電壓）相等時，對應的入射輻通量Φe叫做等效噪聲功率。

對於探測器而言，探測率越高，探測器性能越好。

作為探測器探測最小光信號能力的指標，通常用符號D表示，單位為W^(-1)。對於光電探測器，D愈大愈好。

探測率是表征探測器靈敏度的量，其大小與探測器的接收面積的平方根、頻寬的平方根均成正比 (由以下公式Detectivity 可知)。當探測器的接收面積為單位面積，放大器的頻寬為1Hz時，單位功率的輻射所獲得的信噪比，稱為比探測率，記為D*，單位為cm·Hz^(1/2)·W^(-1)。

提高探測率的方法

根據定義，噪聲等效功率NEP和探測率D分別為：

式中 --器件光敏面積

在高頻區，前置放大器的電壓噪聲是主要的， 由式（5.1），（5.2）可得：

由此可見，電壓噪聲屬於噪聲區域的高頻區，通過減小噪聲等效電阻 的值來增大D的值，為了能夠降低電極面積A的值，我們選用邊電極結構，並材料採用第一優值大的材料。

當頻率較高時，熱噪聲 占主導作用，它是由熱釋電材料介電耗損而引起的，因此我們由式（5.1）、（5.2）可得到

在H可忽略的情況下，將器件電容 和介電損耗因子 代入上兩式，得：

對於式（5.8），由於Aa為器件的體積，在體積相同的情況下，無論採用免電極結構還是邊電極結構所得到的D都是一樣的。

通常情況下，我們稱 為熱電材料的第三優值。

那么，通過選用第三優值大的材料並降低垂直於光敏面方向的晶體厚度來提高熱電釋探測器的D值。

當頻率較低時，熱噪聲 占主導作用，它是由前置放大器的輸入電阻 引起的。所以由式（5.1）、（5.2），在 可忽略的情況下，則有

可見，為了提高器件的D，應選用 大的材料，並採用面電極結構以減小a，同時要將放大器的輸入電阻的值儘量的提高，將場效應電晶體的柵漏電流降低。一般情況下，在較低的頻率區域，電流噪聲在熱釋電探測器中占主導作用。

當 可忽略和時，則有

因此，我們採用第二優值大材料和面電極結構來提高器件的D值，同時，場效應電晶體的柵極電流減小。

由以上分析可知，當前置放大器的噪聲為主要噪聲時，即與器件的光敏面面積有關。在這種情況下，繼續使用D值來描述或比較探測器的性能是不夠合理的。另外可以看到，在整個高頻和中間頻率區，如果能使得和都低於,這時D就與頻率無關了，此時高頻方面的限制主要是高頻回響度隨頻率的提高而下降所引起的，對此我們可以用高頻增強放大來提高高頻限。