Specifická detekce - Specific detectivity

tento článek se mohou příliš spoléhat na zdroje příliš úzce souvisí s tématem, což potenciálně brání tomu, aby článek byl ověřitelný a neutrální. Prosím pomozte vylepši to jejich nahrazením vhodnějšími citace na spolehlivé, nezávislé zdroje třetích stran. (Říjen 2018) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

Specifická detekcenebo D *, pro fotodetektor je hodnota zásluh slouží k charakterizaci výkonu, který se rovná převrácené hodnotě výkon ekvivalentní šumu (NEP), normalizované na druhou odmocninu plochy snímače a šířku pásma (převráceno na dvojnásobek integračního času).

Specifická detekce je dána vztahem ${ displaystyle D ^ {*} = { frac { sqrt {A Delta f}} {NEP}}}$, kde ${ displaystyle A}$ je oblast fotocitlivé oblasti detektoru, ${ displaystyle Delta f}$ je šířka pásma a NEP je ekvivalentní výkon šumu v jednotkách [W]. Běžně se vyjadřuje v Jones Jednotky (${ displaystyle cm cdot { sqrt {Hz}} / W}$) na počest Robert Clark Jones kdo to původně definoval.^[1][2]

Vzhledem k tomu, že výkon ekvivalentní šumu lze vyjádřit jako funkci citlivost ${ displaystyle { mathfrak {R}}}$ (v jednotkách ${ displaystyle A / W}$ nebo ${ displaystyle V / W}$) a šumová spektrální hustota ${ displaystyle S_ {n}}$ (v jednotkách ${ displaystyle A / Hz ^ {1/2}}$ nebo ${ displaystyle V / Hz ^ {1/2}}$) tak jako ${ displaystyle NEP = { frac {S_ {n}} { mathfrak {R}}}}$, je běžné vidět specifickou detekci vyjádřenou jako ${ displaystyle D ^ {*} = { frac {{ mathfrak {R}} cdot { sqrt {A}}} {S_ {n}}}}$.

Často je užitečné vyjádřit specifickou detekci z hlediska relativních hladin hluku přítomných v zařízení. Běžný výraz je uveden níže.

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

S q jako elektronický poplatek, ${ displaystyle lambda}$ je vlnová délka zájmu, h je Planckova konstanta, C je rychlost světla, k je Boltzmannova konstanta, T je teplota detektoru, ${ displaystyle R_ {0} A}$ je produkt oblasti dynamického odporu s nulovým předpětím (často měřený experimentálně, ale také vyjádřitelný v předpokladech úrovně hluku), ${ displaystyle eta}$ je kvantová účinnost zařízení a ${ displaystyle Phi _ {b}}$ je celkový tok zdroje (často černé tělo) ve fotonech / s / cm².

Měření detektivity

Detekčnost lze měřit z vhodného optického nastavení pomocí známých parametrů. Budete potřebovat známý světelný zdroj se známým ozářením při dané odstupové vzdálenosti. Příchozí světelný zdroj bude sekán na určité frekvenci a poté bude každá vlnová délka integrována v dané časové konstantě v daném počtu snímků.

Podrobně vypočítáme šířku pásma ${ displaystyle Delta f}$ přímo z časové konstanty integrace ${ displaystyle t_ {c}}$.

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

Dále průměrný signál a rms hluk je třeba měřit ze sady ${ displaystyle N}$ rámy. To se provádí buď přímo nástrojem, nebo jako následné zpracování.

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

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

Nyní výpočet záření ${ displaystyle H}$ v W / sr / cm² musí být vypočítány, kde cm² je emitující oblast. Dále musí být vysílací oblast převedena na promítanou plochu a plný úhel; tento produkt se často nazývá etendue. Tomuto kroku lze zabránit použitím kalibrovaného zdroje, kde je u detektoru znám přesný počet fotonů / s / cm². Pokud to není známo, lze to odhadnout pomocí záření černého tělesa rovnice, aktivní oblast detektoru ${ displaystyle A_ {d}}$ a etendue. To v konečném důsledku převádí vyzařující záření černého tělesa ve W / sr / cm² oblasti vyzařování na jedno z W pozorovaných na detektoru.

Širokopásmová odezva je pak jen signál vážený tímto příkonem.

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

Kde,

• ${ displaystyle R}$ je citlivost v jednotkách Signal / W ((někdy V / W nebo A / W)
• ${ displaystyle H}$ je odchozí záření z černého tělesa (nebo zdroje světla) ve W / sr / cm² oblasti vyzařování
• ${ displaystyle G}$ je celková integrovaná etenda mezi zdrojem záření a povrchem detektoru
• ${ displaystyle A_ {d}}$ je oblast detektoru
• ${ displaystyle Omega _ {BB}}$ je plný úhel zdroje promítnutý podél linie spojující jej s povrchem detektoru.

Z této metrické energie ekvivalentní šumu lze vypočítat převzetím úrovně šumu přes citlivost.

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

Podobně lze ekvivalentní ozáření ekvivalentní šumu vypočítat pomocí citlivosti v jednotkách fotonů / s / W namísto v jednotkách signálu. Detekčnost je nyní jednoduše výkon ekvivalentní šumu normalizovaný na šířku pásma a oblast detektoru.

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

Reference

Tento článek zahrnujepublic domain materiál z Obecná správa služeb dokument: „Federální norma 1037C“.