【正文】 為此一般引入 NEP的倒數(shù) —— 探測(cè)率 D來(lái)表示探測(cè)器的探測(cè)能力 由于探測(cè)率與探測(cè)器面積以及測(cè)量系統(tǒng)的帶寬有關(guān)，對(duì)于比較不同類型、不同工作狀態(tài)探測(cè)器的探測(cè)性能存在不便，為此，更常用的是采用比探測(cè)率 D* 即用單位測(cè)量系統(tǒng)帶寬和單位探測(cè)器面積的噪聲電流來(lái)衡量探測(cè)器的探測(cè)能力。于是，用信號(hào)電流與噪聲電流的均方根值之比 —— 信噪比，作為表征探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)能力和精度的一個(gè)十分重要的指標(biāo)，記作 SNR。 2 4/TI k T f R??（ 4） 1/f噪聲 1/f噪聲的產(chǎn)生機(jī)制還不很清楚，一般認(rèn)為，它與半導(dǎo)體的接觸、表面、內(nèi)部存在的勢(shì)壘有關(guān)，所以有時(shí)叫做“接觸噪聲”，其值隨信號(hào)調(diào)制頻率的增加而減少，即 22 /fI K I f f??圖 213 典型光導(dǎo)型探測(cè)器的噪聲頻譜 （ 5）溫度噪聲 由熱探測(cè)器和背景之間的能量交換所造成的探測(cè)器自身的溫度起伏，稱為溫度噪聲。熱噪聲電流的均方值為 式中， k為玻茲曼常數(shù)； T為元件的溫度 (K)； R為探測(cè)器的電阻值。 2 2 244G R p i p dI q I f q G E A f?? ? ? ? ?i?（ 3） 熱噪聲 熱噪聲由電阻材料中離散的載流子 (主要是電子 )的熱運(yùn)動(dòng)造成。 2nI pIf?2 2npI q I f??1. 噪聲 （ 2）產(chǎn)生 復(fù)合 (GR)噪聲 光導(dǎo)型探測(cè)器的 GR噪聲是由于半導(dǎo)體內(nèi)的載流子在產(chǎn)生和復(fù)合過(guò)程中，自由電子和空穴數(shù)隨機(jī)起伏所形成，也屬于白噪聲，相當(dāng)于光伏型探測(cè)器中單向?qū)щ?PN結(jié)內(nèi)的散粒噪聲，只是這類雙向電導(dǎo)元件的 GR噪聲比散粒噪聲大倍。 （ 1）散粒噪聲 由于光子流以間斷入射的形式投射到探測(cè)器表面，以及探測(cè)器內(nèi)部光子轉(zhuǎn)換成電子動(dòng)能而產(chǎn)生的電子流具有統(tǒng)計(jì)漲落的特性，形成散粒噪聲。系統(tǒng)的噪聲可分為來(lái)自外部的干擾噪聲和內(nèi)部噪聲。 ( ) ( ) ( )( ) , ( ) , ( )( ) ( ) ( )ELI I IR R REL? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ??( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) , , ( ) ( ) ( )ELELR d R E d R L dIR R Rd E d L d? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ????? ? ? ?? ?? ? ?? ? ?利用公式推導(dǎo)可知，探測(cè)器的輻射通量光譜電流響應(yīng)度為 : 對(duì)于光電探測(cè)器，由于受到材料能帶之間的間隙 ——禁帶寬度 Eg的限制，響應(yīng)波長(zhǎng)具有長(zhǎng)波限，最大響應(yīng)波長(zhǎng)為 式中， 是光電子逸出探測(cè)器表面所需的表面勢(shì)壘。 。 。 一、 響應(yīng)度 ： 單位輻射度量產(chǎn)生的電信號(hào)量，記作 R。 ③ 探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍，響應(yīng)速度，線性動(dòng)態(tài)范圍等。 光輻射探測(cè)器的性能： ① 探測(cè)器的輸出信號(hào)值定量地表示多大的光輻射度量，即探測(cè)器的響應(yīng)度大小。 (2) 光伏效應(yīng)： 半導(dǎo)體 PN結(jié)在吸收具有足夠能量的入射光子后，產(chǎn)生電子 空穴對(duì)，在 PN結(jié)電場(chǎng)作用下，兩者以相反的方向流過(guò)結(jié)區(qū)，從而在外電路產(chǎn)生光電流。即M=?E，故 (Radiant efficiency)與發(fā)光效率 光源所發(fā)射的總輻射通量 Φ e與外界提供給光源的功率 P之比稱為光源的輻 (射 )效率 η e；光源發(fā)射的總光通量 Φ v與提供的功率 P之比稱為發(fā)光效率 η v。 0 c osII? ??2 c osd P L dAd???0 c o sIIL d A d A ? ???2. 朗伯體輻射出射度與輻亮度的關(guān)系 極坐標(biāo)對(duì)應(yīng)球面上微面元 dA的立體角為： 設(shè)朗伯微面元 dS亮度為 L，則輻射到 dA上的輻射通量為 在半球內(nèi)發(fā)射的總通量 P為 按照出射度的定義得 2 s indAd d dr ? ? ?? ? ? ?z x y dA dS ? ? r 圖 29 朗伯體輻射空間坐標(biāo) 2 c os si nd P L dsd d? ? ? ??2 / 200 c o s s inP Ld s d d Ld s??? ? ? ? ?????PMLds ???EL ??? 對(duì)于處在輻射場(chǎng)中反射率為 ? 的朗伯漫反射體 (? =1為理想漫反射體 )，不論輻射從何方向入射，它除吸收 (1? )的入射輻射通量外，其它全部按朗伯余弦定律反射出去。粗糙表面的輻射體或反射體及太陽(yáng)等是一個(gè)近似的余弦輻射體。 光譜光視效率 V(λ)曲線 四、 朗伯輻射體及其輻射特性 對(duì)于某些自身發(fā)射輻射的輻射源，若 Le ， Lv(輻射亮度 )與光源發(fā)射輻射的方向無(wú)關(guān)，即輻射源各方向的輻亮度不變，這樣的光源稱為余弦輻射體或 朗伯輻射體 。W1。列于下表： 圖中實(shí)線為在視場(chǎng)較亮?xí)r測(cè)得的，稱為明視覺(jué) V(λ) 曲線；虛線為在視場(chǎng)較暗時(shí)測(cè)得的，稱為暗視覺(jué) V(λ) 曲線。 對(duì)于某給定波長(zhǎng)下的 K(λ) ，定義光譜光視效率 V(λ) 為 ? V(λ)=K(λ)/Km ? V(λ) 又稱為視見(jiàn)函數(shù)。對(duì)人眼來(lái)說(shuō)采用光譜光視效能 K(λ) 來(lái)表征不同波長(zhǎng)輻射下的響應(yīng)能力，光譜光視效能 K(λ) 為同一波長(zhǎng)下光譜光通量與光譜輻通量之比，即 ee d??? ? ? ?? 21= （）ee0 d? ? ? ???= （）K(λ)=Φv(λ)/Φe(λ) ? 由于人眼在波長(zhǎng)為 λm=555nm （該波長(zhǎng)稱為峰值波長(zhǎng) )的輻射下， K(λ) 最大，記以 Km， Km = 683lm 此式中 Φe 稱為 全色輻通量。 ?Φ eλ =dΦ e(λ)/dλ ， Φ eλ 稱為 光譜輻通量 。下圖為某輻通量的連續(xù)分布曲線。 s) 常用輻射量和光度量一覽表 三、 輻通量的光譜分布與接收器的光譜響應(yīng) ? 輻射一般由各種波長(zhǎng)組成，每種波長(zhǎng)的輻通量各不相同。 m2) 曝光量 H 光照度對(duì)時(shí)間的積分。 sr1 表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度除以該面元在垂直于給定方向平面上的正投影面積。 瓦每球面度 (W cd的意義為：頻率為 540 1012Hz的單色輻射在給定方向上的輻射強(qiáng)度Ιe=1/683W m2) 勒 [克斯 ](lx) 輻射強(qiáng)度 發(fā)光強(qiáng)度 Ιe Ιv 在給定方向上的立體角元內(nèi)，離開(kāi)點(diǎn)輻射源或輻射源面元的輻射功率除以該立體角元。 照射到表面一點(diǎn)處面元上的光通量除以該面元的面積。 m2) 流 [明 ]每平方米 (lm 離開(kāi)表面一點(diǎn)處面元的光通量除以該面元面積。 dΩ。 s) 輻射密度 we 單位體積內(nèi)的輻射能 焦 /立方米 (J/m3) 輻射通量 光通量 Φe Φv 以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的功率。 光通量對(duì)時(shí)間的積分。sr W/m2 光量 光通量 光出射度 發(fā)光強(qiáng)度 (光 )亮度 (光 )照度 Qv ?v Mv Iv Lv Ev Qv=??v dt ?v=?Iv d? Mv=d?v/dS Iv=d?v/d? Lv=dIv/(dScos?) Ev=d?v/dA lm 單色光視效率是 K?用 Km歸一化的結(jié)果，定義為 400 500 600 700 800V?V39。 光視效能： 光視效能描述某一波長(zhǎng)的單色光輻射通量可以產(chǎn)生多少相應(yīng)的單色光通量。單位：流明［ lm］。單位：坎德拉（ Candela）［ cd］，它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。 ? 輻射度量和光度量都是波長(zhǎng)的函數(shù)。輻射度量下標(biāo)為 e，例如 Qe， Φ e，Ie， Me， Ee，光度量下標(biāo)為 v， Qv， Φ v， Iv，Lv， Mv， Ev。 坎德拉不僅是光度體系的基本單位 ，而且也是 國(guó)際單位制 （ SI） 的七個(gè)基本單位之一 。 ??ddXX ee ?)(光譜輻射度量與輻射度量之間滿足 ?? dXX ee )(0???常用輻射量一覽表 名稱 符號(hào) 定義方程 單位 符號(hào) 輻射能 Q, 焦耳 J 輻射能密度 焦耳／立方米 Jm3 輻射通量， 輻射功率 瓦特 W 輻射強(qiáng)度 Ｉ 瓦特／球面度 Wsr1 輻射亮度 Ｌ 瓦特／球面度平方米 Wm2 sr1 輻射出射度 Ｍ 瓦特／平方米 Wm2 輻射照度 Ｅ 瓦特／平方米 Wm2 dvdQw /???? ddI /?c o s/2 dAddL ????co s/ dAdI＝dAdM /??dAdE /??dtdQ /???Pw（ 三 ） 、 光度量 光度單位體系是一套反映視覺(jué)亮暗特性的光輻射計(jì)量單位 ， 在光頻區(qū)域光度學(xué)的物理量可以用 與輻度學(xué)的基本物理量對(duì)應(yīng)的來(lái)表示 ， 其定義完全一一對(duì)應(yīng) 。雖然兩者單位相同，但定義不一樣。 單位：瓦特每平方米（ W/m2） eed ΦMdA?面光源 A向的半球面空間發(fā)射的 總輻射通量 dAMAee ??? Ee在輻射 接收面 上的輻照度定義為照射在面元 dA上的輻射通量與該面元的面積之比。 S ? d? dA d? ?? c osc os2dAdΦddAdIL eee ??? Me ： 是用來(lái)反映物體輻射能力的物理量。米 2（ W/srsr1） ?? dd ΦI ee點(diǎn)光源在有限立體角 Ω內(nèi)發(fā)射的輻通量 ??? ??dI eeS d? d?e Le： 面輻射源在某一給定方向上 ,單位垂直表面積，單位立體角的輻射通量。 單位：瓦特 單位：瓦特 W dtdQ ee ?? Ie： 點(diǎn)輻射源在給定方向上，在單位立體角內(nèi)的輻射通量。單位：焦耳 J （二）輻射度的基本物理量 2. 輻射通量 ?e又稱為輻射功率，是指以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的功率。立體角的單位是球面度 (sr) 222d s in d dd s in d dSrrr? ? ? ? ? ?? ? ? ?ds r d? d? d? o Qe是以輻射形式發(fā)射或傳輸?shù)碾姶挪?能量 。