入射光的強度可以是時間的函數。如果光的強度恒定,它就是“直流光”;如果光的強度隨時間變化,它就是“交流光”;如果光以離散的光子包的形式到達,它就是“脈沖光”。直流光對光電探測器沒有額外的限制,而其他兩種則有限制。對于交流光和脈沖光,電容(例如,結、寄生或終端)很重要——它們的值影響輸出信號的上升時間、時間抖動和檢測帶寬。表1列出了這些參數:上升時間和帶寬適用于50-Ω電阻性負載(電流-電壓轉換),而時間抖動適用于單光子照明。增加負載電阻會增加輸出電壓,但會降低帶寬。由于輸出中的噪聲量隨著帶寬的增加而增加,一個設計良好的系統有足夠的帶寬來進行觀測。
動態范圍和一個相關的概念-光電探測器的線性-也應該在脈沖和交流檢測中進行檢查。是否有足夠的動態范圍來檢測入射強度的全部變化?輸入和輸出信號是否線性相關?如果不是,偏差是多少,是否可以接受?有幾個因素可以影響光電探測器的動態范圍,如本振本底噪聲、偏置電平、輸出負載,以及在SiPM的情況下,單元數。制造商通常以圖表的形式提供動態范圍和線性度的信息,例如線性度與入射光功率的關系或線性度與負載電阻的關系。
如果入射光水平較低,但光線接近準直,采用聚焦光學器件可以增加探測器的入射光功率,從而提高信噪比。然而,如果入射光是漫射的,聚焦光學不會增加入射功率,因為漫射光不能聚焦。唯一的其他選擇是使用一個具有更大的活躍面積的探測器。不過,這樣做的代價是光電探測器中的暗電流會增大,這會增加噪聲,從而增加NEP。在PD、APD和SiPM(不包括PMT)的情況下,由于較大的結電容,較大的有源面積會降低檢測帶寬。
審核編輯 黃宇
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