ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Характеристики, параметры и модели фотоприемников Параметры фотоприемников

Важнейшим параметром фотоприемника является чувствительность. Этот параметр мож­но до определенной степени считать аналогичным коэффициенту усиления в приборах с электронной проводимостью. В общем случае чувствительность фотоприемника отражает изменение электрического состояния на выходе фотоприемника при подаче на его вход еди­ничного оптического сигнала.

Оптическое излучение может характеризоваться энергетическими и световыми пара­метрами. В соответствии с характеризующим параметром различают чувствительности фо­топриемника к потоку излучения Бф', световому потоку^, облученности БЕ и к осве­щенности 5£(/.

В зависимости от измеряемого электрического параметра на выходе фотоприемника различают токовую и вольтовую чувствительности фотоприемника. Если измеряемой вели­чиной является фототок, то имеем токовую чувствительность (£/). Чувствительность фото­приемника, у которого измеряемой величиной является напряжение фотосигнала, называет­ся вольтовой чувствительностью (Яу).

Примеры определения чувствительности фотоприемника приведены в выражениях ниже:

V = /*/Фк; Ч V = ^ =и*/Ее, (6.3)

Где 5/ф( — токовая чувствительность к световому потоку; £/£. — токовая чувствительность к освещенности; БУФ — вольтовая чувствительность к потоку излучения; БУЕ^ — вольтовая чувствительность к облученности (см. п. 2.2.4).

Вообще говоря, чувствительность фотоприемника не есть постоянная величина и зави­сит, в частности, от параметров излучения. Для учета этой зависимости вводят понятия статической и динамической дифференциальной чувствительности фотоприемника, при этом статическая чувствительность определяется отношением постоянных значений изме­ряемых величин.

Чувствительность зависит от длины волны падающего излучения. Поэтому различают интегральную и монохроматическую чувствительности фотоприемника к немонохрома­тическому излучению заданного спектрального состава. Монохроматическая чувствитель­ность — это чувствительность фотоприемника к монохроматическому излучению.

Шумовые и пороговые параметры. Помимо полезного сигнала на выходе фотоприем­ника всегда имеет место хаотический сигнал со случайной амплитудой и спектром — это шум фотоприемника. Источники шума могут быть по отношению к фотоприемнику как внутренними, так и внешними. Шум не позволяет регистрировать сколь угодно малое зна­чение входного излучения, так как оно становится неразличимым на фоне шума. В опти­мально сконструированном фотоприемнике чувствительность к малым входным сигналам определяется только уровнем собственных шумов прибора. Шумы определяются случайны­ми (флюктуационными) процессами, и уровень шумов характеризуют вероятностными па­раметрами: математическим ожиданием (средний уровень шума), среднеквадратичным зна­чением или дисперсией. Распределение мощности шума по спектру часто задается спек­тральной плотностью шума — шумом в единичной полосе частот.

В фотоприемниках, наряду с обычными для полупроводников видами шумов (тепло­вым, дробовым и др.), добавляется также радиационный (фотонный) шум, который определя­ется флюктуациями оптического сигнала, попадающего на фотоприемник.

Обычно шум фотоприемника количественно характеризуют током шума или напряже­нием шума. Под током шума /ш понимают среднеквадратичное значение флуктуации тока, протекающего через фотоприемник в указанной полосе частот. Напряжение шума — это среднеквадратичное значение флюктуации напряжения на заданном сопротивлении нагруз­ки в цепи фотоприемника.

Связь чувствительности фотоприемника с шумами количественно определяют порого­вым потоком фотоприемника Фп, равным среднеквадратичному значению действующего на фотоприемник потока излучения, при котором среднеквадратичное значение фототока равно среднеквадратичному значению тока шума. Таким образом, если на фотоприемник действует некоторый поток излучения Ф, то на выходе фотоприемника появляются одно­временно сигнал шума /ш и полезный сигнал /ф. Если поток излучения равен пороговому потоку Фпор, то значения тока шума и фототока сравниваются, т. е. /ш = /ф при Ф = Фпор.

Так как шум зависит от полосы частот, в котором шум измеряется, то значение Фпор за­висит от частоты. Поэтому чаще всего определяют порог фотоприемника в единичной поло­се частот (Фпор1) как минимальное среднеквадратичное значение синусоидально-модулиро - ванного потока с заданным спектром, взятое по отношению к полосе пропускания частот.

Уровень шумов фотоприемника зависит от площади фоточувствительного элемента. Для характеристики этой зависимости введен параметр Ф'пор1 — удельный пороговый поток фотоприемника

Ф'„ор1=Фпор.^ (6-4)

Где Фпор1 — поток в единичной полосе частот; Б — площадь фоточувствительного элемента фотоприемника.

Таким образом, удельный пороговый поток — это поток фотоприемника в единичной полосе частот, отнесенный к единичному по площади фоточувствительному элементу.