Удельная обнаруживаемость - Specific detectivity

Эта статья может чрезмерно полагаться на источники слишком тесно связан с предметом, потенциально препятствуя публикации статьи проверяемый и нейтральный. Пожалуйста помоги Улучши это заменив их более подходящими цитаты к надежные, независимые сторонние источники. (Октябрь 2018 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Удельная обнаруживаемость, или же D *, для фотоприемник это добродетель используется для характеристики производительности, равной обратной величине мощность, эквивалентная шуму (NEP), нормализованное на квадратный корень из площади датчика и ширины полосы частот (обратно удвоенному времени интегрирования).

Удельная обнаруживающая способность определяется ${ displaystyle D ^ {*} = { frac { sqrt {A Delta f}} {NEP}}}$, куда ${ displaystyle A}$ - площадь светочувствительной области детектора, ${ displaystyle Delta f}$ - полоса пропускания, а NEP - эквивалентная мощность шума в единицах [Вт]. Обычно это выражается в Джонс единицы (${ Displaystyle см cdot { sqrt {Гц}} / Вт}$) в честь Роберт Кларк Джонс кто изначально определил это.^[1][2]

Учитывая, что мощность, эквивалентная шуму, может быть выражена как функция отзывчивость ${ Displaystyle { mathfrak {R}}}$ (в единицах ${ Displaystyle A / W}$ или же ${ Displaystyle V / W}$) и спектральная плотность шума ${ displaystyle S_ {n}}$ (в единицах ${ Displaystyle А / Гц ^ {1/2}}$ или же ${ displaystyle В / Гц ^ {1/2}}$) в качестве ${ Displaystyle NEP = { гидроразрыва {S_ {n}} { mathfrak {R}}}}$, обычно можно увидеть конкретную обнаруживающую способность, выраженную как ${ Displaystyle D ^ {*} = { гидроразрыв {{ mathfrak {R}} cdot { sqrt {A}}} {S_ {n}}}}$.

Часто бывает полезно выразить конкретную обнаружительную способность в терминах относительных уровней шума, присутствующих в устройстве. Ниже приводится общее выражение.

${ displaystyle D ^ {*} = { frac {q lambda eta} {hc}} left [{ frac {4kT} {R_ {0} A}} + 2q ^ {2} eta Phi _ {b} right] ^ {- 1/2}}$

С q как электронный заряд, ${ displaystyle lambda}$ интересующая длина волны, час постоянная Планка, c это скорость света, k - постоянная Больцмана, Т - температура детектора, ${ displaystyle R_ {0} A}$ - произведение площади динамического сопротивления при нулевом смещении (часто измеряется экспериментально, но также выражается в предположениях об уровне шума), ${ displaystyle eta}$ - квантовая эффективность устройства, а ${ displaystyle Phi _ {b}}$ - полный поток источника (часто черного тела) в фотонах / сек / см².

Измерение детективности

Обнаруживающую способность можно измерить с помощью подходящей оптической установки с использованием известных параметров. Вам понадобится известный источник света с известной энергетической яркостью на заданном расстоянии. Входящий источник света будет прерываться с определенной частотой, а затем каждая длина волны будет интегрирована за заданную постоянную времени по заданному количеству кадров.

Подробно вычисляем пропускную способность ${ displaystyle Delta f}$ непосредственно из постоянной времени интегрирования ${ displaystyle t_ {c}}$.

${ displaystyle Delta f = { frac {1} {2t_ {c}}}}$

Далее средний сигнал и среднеквадратичное значение шум необходимо измерять с помощью набора ${ displaystyle N}$ кадры. Это делается либо непосредственно инструментом, либо в виде постобработки.

${ displaystyle { text {Signal}} _ { text {avg}} = { frac {1} {N}} { big (} sum _ {i} ^ {N} { text {Signal} } _ {i} ^ {2} { big)}}$

${ displaystyle { text {Noise}} _ { text {rms}} = { sqrt {{ frac {1} {N}} sum _ {i} ^ {N} ({ text {Signal} } _ {i} - { text {Сигнал}} _ { text {avg}}) ^ {2}}}}$

Теперь расчет сияния ${ displaystyle H}$ в Вт / ср / см², где см² - площадь излучения. Затем необходимо преобразовать излучающую область в площадь проекции и телесный угол; этот продукт часто называют продолжать. Этого шага можно избежать, используя откалиброванный источник, у которого на детекторе известно точное количество фотонов / с / см². Если это неизвестно, его можно оценить с помощью излучение черного тела уравнение, активная область детектора ${ displaystyle A_ {d}}$ и прочее. Это в конечном итоге преобразует исходящую яркость черного тела в Вт / ср / см² излучающей площади в одну из Вт, наблюдаемую на детекторе.

Широкополосный отклик - это просто сигнал, взвешенный по этой мощности.

${ displaystyle R = { frac {{ text {Signal}} _ { text {avg}}} {HG}} = { frac {{ text {Signal}} _ { text {avg}}} { int dHdA_ {d} d Omega _ {BB}}}}$

Где,

• ${ displaystyle R}$ это чувствительность в единицах сигнал / Вт (или иногда в / Вт или A / Вт)
• ${ displaystyle H}$ исходящее излучение от черного тела (или источника света) в Вт / ср / см² излучающей площади
• ${ displaystyle G}$ - это суммарное интегрированное расстояние между излучающим источником и поверхностью детектора.
• ${ displaystyle A_ {d}}$ площадь детектора
• ${ displaystyle Omega _ {BB}}$ - телесный угол источника, спроецированный вдоль линии, соединяющей его с поверхностью детектора.

По этой метрике можно вычислить эквивалентную мощность шума, взяв уровень шума над чувствительностью.

${ displaystyle { text {NEP}} = { frac {{ text {Noise}} _ { text {rms}}} {R}} = { frac {{ text {Noise}} _ { текст {rms}}} {{ text {Signal}} _ { text {avg}}}} HG}$

Аналогичным образом, эквивалентная шуму освещенность может быть вычислена с использованием чувствительности в единицах фотонов / с / Вт, а не в единицах сигнала. Теперь обнаруживающая способность - это просто эквивалентная шуму мощность, нормированная на полосу пропускания и площадь детектора.

${ displaystyle D ^ {*} = { frac { sqrt { Delta fA_ {d}}} { text {NEP}}} = { frac { sqrt { Delta fA_ {d}}} {HG }} { frac {{ text {Сигнал}} _ { text {avg}}} {{ text {Noise}} _ { text {rms}}}}}$

Рекомендации

Эта статья включаетматериалы общественного достояния от Администрация общих служб документ: «Федеральный стандарт 1037С».