光信号フォトディテクタの基本特性パラメータ

光信号の基本特性パラメータ光検出器:

さまざまな形態の光検出器を検討する前に、光信号フォトディテクタ以下に要約します。これらの特性には、応答性、スペクトル応答、雑音等価電力 (NEP)、比検出能、および比検出能 (D*)、量子効率、および応答時間が含まれます。

1. 応答性Rdは、デバイスの光放射エネルギーに対する応答感度を表す指標です。これは、出力信号と入射信号の比で表されます。この特性はデバイスのノイズ特性を反映するものではなく、電磁放射エネルギーを電流または電圧に変換する効率のみを示します。そのため、入射光信号の波長によって変化する可能性があります。さらに、電力応答特性は、印加バイアスと周囲温度にも依存します。

2. スペクトル応答特性は、光信号検出器の電力応答特性と入射光信号の波長関数との関係を表すパラメータです。光信号フォトディテクタの異なる波長におけるスペクトル応答特性は、通常「スペクトル応答曲線」によって定量的に表されます。なお、曲線の中で最も高いスペクトル応答特性のみが絶対値で校正され、その他の波長におけるスペクトル応答特性は、最も高いスペクトル応答特性値を基準とした正規化相対値で表されます。

3．雑音等価電力とは、光信号検出器によって生成される出力信号電圧が、デバイス自体の固有雑音電圧レベルと等しくなるために必要な入射光信号電力のことです。これは、光信号検出器で測定可能な最小光信号強度、すなわち検出感度を決定する主要な要素です。

4. 比検出感度は、検出器の感光材料の固有特性を表す特性パラメータです。これは、光信号検出器で測定可能な最小入射光子電流密度を表します。その値は、測定対象の光信号の波長検出器の動作条件（周囲温度、印加バイアスなど）によって変化します。検出器の帯域幅が広いほど、光信号検出器の面積が大きくなり、雑音等価電力（NEP）が小さくなり、比検出感度が高くなります。検出器の比検出感度が高いほど、より微弱な光信号の検出に適しています。

5. 量子効率 Q は、光信号検出器のもう 1 つの重要な特性パラメータです。これは、検出器内のフォトモンによって生成される定量化可能な「応答」の数と、感光性材料の表面に入射する光子の数の比として定義されます。たとえば、光子放出で動作する光信号検出器の場合、量子効率は、感光性材料の表面から放出される光電子の数と、表面に投影される測定信号の光子の数の比です。pn 接合半導体材料を感光性材料として使用する光信号検出器では、検出器の量子効率は、測定された光信号によって生成される電子正孔対の数を、入射信号光子の数で割ることによって計算されます。光信号検出器の量子効率のもう 1 つの一般的な表現は、検出器の応答度 Rd によるものです。

6. 応答時間は、測定対象の光信号の強度変化に対する光信号検出器の応答速度を特徴付ける重要なパラメータです。測定対象の光信号が光パルスの形に変調されると、検出器に作用して生成されるパルス電気信号の強度は、一定の応答時間後に、対応する「ピーク」まで「上昇」し、その後、「ピーク」から光パルスの作用に対応する初期の「ゼロ値」まで低下する必要があります。検出器の測定対象の光信号の強度変化に対する応答を記述するために、入射光パルスによって生成される電気信号の強度が最大値の10%から90%まで上昇する時間を「立ち上がり時間」と呼び、電気信号パルス波形が最大値の90%から10%まで低下する時間を「立ち下がり時間」または「減衰時間」と呼びます。

7. 応答線形性は、光信号検出器の応答と入射測定光信号の強度との間の関数関係を特徴付けるもう1つの重要な特性パラメータです。光信号検出器測定された光信号の強度のある範囲内で比例関係にあること。通常、入力光信号強度の指定された範囲内での入出力線形性からのパーセント偏差が、光信号検出器の応答線形性として定義される。