浅析光学传感器的灵敏度

在许多应用中，光电探测器的性能并不是特别重要。但在某些情况下，检测器的灵敏度将成为设计过程中的重要因素。

光电二极管和光电晶体管在众多应用中很有用。通过将可见光，红外光或紫外光转换为电信号，光电检测器充当了光学领域和电子领域之间的桥梁。

在许多应用中，光电探测器的性能并不是特别重要。例如，可以设计基于光电二极管的接近传感器，以使光源非常强烈或完全被遮挡。在这种情况下，实现可靠的操作并不困难。

但是，有时您试图将系统推向极限。我想到的两个例子是远程光通信系统和基于IR光电二极管的设备，该设备尝试检测长距离的热事件。在这种情况下，检测器的灵敏度将成为设计过程中的重要因素。

什么是D-star？

可以使用称为D-star（或D*）的参数方便地比较不同光电探测器的功能。当然，我们无法使用一个参数来捕获光电探测器性能的每一个细节，但是当您的应用需要高灵敏度时，D-star尤其有用，因为它为您提供了一种直接比较在某种程度上或多或少可以接受的不同探测器的方法。给定的应用程序。

D-star会告诉您在固定的活动检测器区域（因为并非所有检测器的尺寸都相同）和特定光波长（因为检测器根据入射辐射的性质而做出不同的反应）的检测器灵敏度。

如您在此图中看到的，TeledyneJudsonTechnologies制造的砷化铟探测器，响应度受入射辐射波长的影响很大。在较高波长下，温度也是一个重要因素。

D-star的正式定义是有效面积的平方根（A，以cm2表示）除以噪声等效功率（NEP）：

从NEP到D-Star

NEP是相当于检测器本底噪声的光强度。换句话说，检测器本身会产生一定量的噪声，而NEP会告诉您将产生相同量信号的光量。因此，如果用对应于NEP的光量照亮检测器，则SNR将为1。考虑NEP的另一种方法如下：它是可以检测到的最小光功率，因为直到入射光量到达NEP信号才从噪声中发出。这意味着较低的NEP对应较高的灵敏度。

请记住，您看到的噪声量（通常不仅仅是从光电探测器发出的噪声）取决于“您看起来有多快”。换句话说，噪声量受系统带宽的影响。NEP是相对于特定噪声带宽定义的。

了解NEP非常重要，因为D-star实际上只是NEP的延伸；它使用给定检测器的NEP的倒数，并将其归一化为1cm2的有效区域。如果检测器尺寸不是您的应用中的主要考虑因素，则可以使用NEP比较检测器：较低的NEP意味着更高的灵敏度。如果要使用一个占检测器面积的度量，则需要D-star，并且请注意，由于D-star使用NEP的倒数，因此D-star越高，灵敏度越高。

此图传达了Hamamatsu制造的锑化铟（InSb）传感器的典型D-star值。当探测器处于寒冷环境中时，InSb的性能更好，这就是为什么D-star值随温度升高而降低的原因。