Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
A^l = 8z^kT*oAAf,
где єт — коэффициент теплового излучения (поглощения) чувствительного слоя ПИ; ст — постоянная закона Стефана-Больцмана.
Поскольку ПИ является, в свою очередь, излучателем с температурой Тпи, то флуктуации «уходящего» от него потока описываются выражением
ДФпи = 8eTkT*KoAAf.
137 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Общая флуктуация, определяющая дисперсию радиационного шума,
АФІ = ДФи + ДФ™ = 8sTkoA АГ(етфТ% + ГП5И).
Спектр этого шума равномерный (белый).
Поскольку радиационный шум в значительной степени зависит от параметров источника излучения и условий работы ПИ, он определяет предел чувствительности ПИ. Часто за идеальный ПИ принимают тот, у которого все шумы незначительны по сравнению с радиационным.
Дисперсия напряжения радиационного шума на выходе приемника равна
V2 = S0^ АФІ + S2vm ЛФпи,
где SviJ1 и Sunil — вольтовые чувствительности ПИ к излучению фона, имеющего температуру T^, и излучению самого приемника с температурой Тпи.
Если отдельные виды шумов некоррелированы, то случайные флуктуации вызовут шум, дисперсия которого
vUYy2.
Порогом чувствительности приемника Фп в заданной полосе частот называется среднее квадратическое значение первой гармоники действующего на ПИ модулированного потока излучения с заданным спектральным распределением, при котором среднее квадратическое значение первой гармоники напряжения (тока) сигнала равно среднему квадратическому напряжению (току) шума в заданной полосе частот на частоте модуляции потока:
Фп = 4v^/sv или ФП=ЛІТ^ /S1. (6.1)
Применительно к фотоэлементам и фотоумножителям величину Фп называют эквивалентом шума.
Иногда порог чувствительности ПИ характеризуют величиной, эквивалентной шумам облученности или освещенности чувствительного слоя En. На практике Фп или En часто определяют, измеряя уровень шумов в схеме включения приемника Vm = "'JVm и выходной сигнал AV, заметно превышающий Vm и соответствующий потоку ДФ или облученности AE, т.е.
. M „ л/Vm . „
Фп =-ДФ или En =-AE.
138 Глава 6. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора
Поскольку шум зависит от ширины полосы частот Af, в которой его измеряют, то Фп зависит от Af. Для более удобного сравнения различных приемников введено понятие порога Фш чувствительности ПИ в единичной полосе частот — отношение величины Фп к полосе частот:
ф =^TL
ш W
Величина, обратная Фш, называется обнаружительной способностью приемника:
D = I/ Фш.
Следует отметить, что этот параметр неоднозначен для различных конструкций ПИ одного и того же типа, так как для различных площадей А чувствительного слоя параметры Su и V ш непостоянны.
Поэтому более удобно пользоваться удельной обнаружительной способностью приемника:
* = Св.2)
V ш
Следует указать, что все перечисленные параметры рассматриваются по отношению к излучателю с одной и той же температурой и при постоянной температуре чувствительного слоя ПИ.
Если Фп, DthD измеряются по отношению к монохроматическому излучению, то вводится индекс, обозначающий длину волны, например D*x.
Поскольку величины Sy И Кш являются в общем случае функциями длины волны X, то и D также является функцией X. Наиболее часто встречается случай, когда радиационный шум гораздо меньше других составляющих шума приемника, т.е. зависимостью Vm от X можно пренебречь. Для этого случая
v -"vv у v^' У ш У ш
Если же преобладает радиационный шум, например, порог чувствительности приемника определяется радиационным шумом излучения фона, поступающего на чувствительный слой («BLIP-detector» или «background-limited infraredphotodetector» ), то удельная обнару-жительная способность -0*ВЪ1Р (А.) в этом случае определяется как
п* -Svx4AAf
blip - [=f
139 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
В некоторых расчетах удобно пользоваться приближением, описываемым линейной зависимостью монохроматической обнаружитель-ной способности Dx от длины волны X, т.е.
D* = Х D*
-uX Л ljXmax • max
где Xmax — длина волны, на которой Dx* принимает максимальное значение — Dtxmax.
Если на приемник падает поток от черного тела с температурой Т, имеющий спектр Фхт, то зная Dx для максимума Фхг, можно рассчитать обнаружительную способность приемника по отношению к этому черному телу
OO
Dl = *-.
J 00
о
Если порог чувствительности ПИ определяется шумами фона, попадающего на чувствительный слой ПИ в пределах угла, который он «просматривает» (радиационный порог чувствительности Фп ), параметр D* в этих случаях находят для полусферического телесного угла 2п и пересчитывают для используемого в каждом конкретном случае угла Qnlr Например, для ПИ с квадратной чувствительной площадкой и угловым полем 2сопи
dBLIP (ППИ) = -dBLIP (2п)'
Sinconil
Инерционность. Эта характеристика ПИ оценивается его постоянной времени т, в качестве которой принимают время нарастания т0 J 0 9 — интервал времени между точками переходной характеристики ПИ, за который сигнал на выходе ПИ изменяется при внезапном облучении от 0,1 до 0,9 своего установившегося значения при длительном облучении, или время спада T09 0 1 — интервал времени уменьшения сигнала после прекращения облучения ПИ от 0,9 до 0,1 его установившегося значения.
