Báwo ni a ṣe le dín ariwo àwọn photodetectors kù

Báwo ni a ṣe le dín ariwo àwọn photodetectors kù

Ariwo àwọn photodetectors ní pàtàkì nínú: ariwo lọ́wọ́lọ́wọ́, ariwo ooru, ariwo ibọn, ariwo 1/f àti ariwo wideband, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ. Ìpínsísọ̀rí yìí kò rọrùn rárá. Ní àkókò yìí, a ó ṣe àgbékalẹ̀ àwọn ànímọ́ ariwo àti ìsọ̀rí tí ó kún rẹ́rẹ́ láti ran gbogbo ènìyàn lọ́wọ́ láti lóye ipa onírúurú ariwo lórí àwọn àmì ìjáde ti photodetectors. Nípa lílóye àwọn orísun ariwo nìkan ni a lè dín ariwo photodetectors kù kí a sì mú wọn sunwọ̀n sí i, nípa bẹ́ẹ̀ a ó ṣe àtúnṣe ìpínsí àmì-sí-ariwo ti ètò náà.

Ariwo ibọn jẹ́ ìyípadà àìròtẹ́lẹ̀ tí ó wáyé nípasẹ̀ ìwà ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀ ti àwọn ohun èlò gbigba agbara. Pàápàá jùlọ nínú ipa photoelectric, nígbà tí àwọn photons bá kọlu àwọn èròjà photosensitive láti mú electrons jáde, ìṣẹ̀dá àwọn electrons wọ̀nyí jẹ́ àìròtẹ́lẹ̀ ó sì bá ìpínkiri Poisson mu. Àwọn ànímọ́ ìwòran ti ariwo ibọn jẹ́ alapin àti láìsí ìwọ̀n ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́, nítorí náà a tún ń pè é ní ariwo funfun. Àpèjúwe ìṣirò: A lè sọ iye gbòǹgbò mean square (RMS) ti ariwo ibọn gẹ́gẹ́ bí:

Lára wọn:

e: Agbara itanna (to bii 1.6 × 10-19 coulombs)

Idark: Okun dudu

Δf: Ìwọ̀n Ìwọ̀n Ìwọ̀n

Ariwo ibọn naa ni ibamu pẹlu iwọn ina naa o si duro ṣinṣin ni gbogbo awọn igbohunsafẹfẹ. Ninu agbekalẹ naa, Idark duro fun ina dudu ti photodiode. Iyẹn ni, ni aisi ina, photodiode naa ni ariwo ina dudu ti a ko fe. Bi ariwo ti o wa ni iwaju photodetector naa, bi ina dudu naa se tobi to, ni ariwo photodetector naa se tobi to. Ina dudu naa tun ni ipa nipasẹ foliteji iṣiṣẹ bias ti photodiode, iyẹn ni, bias operating voltage ti o tobi to, ni ina dudu naa se tobi to. Sibẹsibẹ, foliteji iṣiṣẹ bias tun ni ipa lori agbara asopọ ti photodetector, nitorinaa o ni ipa lori iyara ati bandwidth ti photodetector naa. Ju bẹẹ lọ, bias voltage ti o tobi to, ni iyara ati bandwidth ti o tobi to. Nitorinaa, ni awọn ofin ti ariwo shot, ina dudu ati iṣẹ bandwidth ti photodiodes, apẹrẹ ti o ye yẹ ki o ṣe ni ibamu si awọn ibeere iṣẹ akanṣe gangan.

2. 1/f Ariwo Flicker

Ariwo 1/f, ti a tun mọ si ariwo didan, maa n waye ni ibiti igbohunsafẹfẹ kekere ati pe o ni ibatan si awọn okunfa bii awọn abawọn ohun elo tabi mimọ oju ilẹ. Lati inu aworan abuda spectral rẹ, a le rii pe iwuwo spectral agbara rẹ kere pupọ ni ibiti igbohunsafẹfẹ giga ju ni ibiti igbohunsafẹfẹ kekere lọ, ati fun gbogbo igba 100 ti o pọ si ni igbohunsafẹfẹ, ariwo density spectral dinku ni laini nipasẹ igba 10. Iwọn spectral agbara ti ariwo 1/f jẹ ibamu lodi si igbohunsafẹfẹ, iyẹn ni:

Lára wọn:

SI(f): Agbára ariwo iwuwo ìrísí

I: Lọwọlọwọ

f: Igbagbogbo

Ariwo 1/f ṣe pàtàkì ní agbègbè ìgbóná-oòrùn kékeré, ó sì máa ń dínkù bí ìgbóná-oòrùn ṣe ń pọ̀ sí i. Àmì yìí mú kí ó jẹ́ orísun pàtàkì ìdènà nínú àwọn ohun èlò ìgbóná-oòrùn kékeré. Ariwo 1/f àti ariwo ìbòrí-oòrùn ńlá wá láti inú ariwo folti ti ampilifaya iṣiṣẹ́ nínú photodetector. Ọ̀pọ̀lọpọ̀ orísun ariwo mìíràn ló wà tí ó ní ipa lórí ariwo àwọn photodetector, bíi ariwo agbára ti àwọn ampilifaya iṣiṣẹ́, ariwo lọ́wọ́lọ́wọ́, àti ariwo ooru ti nẹ́tíwọ́ọ̀kì resistance nínú èrè àwọn iyika ampilifaya iṣiṣẹ́.

3. Ariwo foliteji ati lọwọlọwọ ti amplifier iṣiṣẹ: Awọn iwuwo foliteji ati lọwọlọwọ ni a fihan ninu aworan atẹle yii:

Nínú àwọn ẹ̀rọ amplifier tó ń ṣiṣẹ́, a máa pín ariwo lọ́wọ́lọ́wọ́ sí ariwo lọ́wọ́lọ́wọ́ nínú ìpele àti yíyí ariwo lọ́wọ́lọ́wọ́ padà. Ariwo lọ́wọ́lọ́wọ́ nínú ìpele náà i+ ń ṣàn nípasẹ̀ ìdènà inú Rs, ó ń mú ariwo fólẹ́ẹ̀tì tó báramu wá u1= i+*Rs. I- Ìyípadà ariwo lọ́wọ́lọ́wọ́ ń ṣàn nípasẹ̀ resistor gain equivalent R láti mú ariwo fólẹ́ẹ̀tì tó báamu wá u2= I-* R. Nítorí náà, nígbà tí RS ti ipese agbara bá tóbi, ariwo fólẹ́ẹ̀tì tó yípadà láti ariwo lọ́wọ́lọ́wọ́ náà tún tóbi gan-an. Nítorí náà, láti mú kí ariwo tó dára jù wá, ariwo ipese agbara (pẹ̀lú resistance inú) tún jẹ́ ìtọ́sọ́nà pàtàkì fún ìdàgbàsókè. Ìwọ̀n ìrísí ti ariwo lọ́wọ́lọ́wọ́ kò yípadà pẹ̀lú àwọn ìyàtọ̀ ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́ pẹ̀lú. Nítorí náà, lẹ́yìn tí ìpele náà ti mú kí ó pọ̀ sí i, ó, bí ìṣàn dúdú ti photodiode, ó ń ṣe àgbékalẹ̀ ariwo fọ́tòdetector ní kíkún.

4. Ariwo ooru ti nẹtiwọọki resistance fun ere (iṣiro afikun) ti Circuit amplifier iṣiṣẹ le ṣee ṣe iṣiro nipa lilo agbekalẹ atẹle yii:

Lára wọn:

k: Boltzmann dúró ṣinṣin (1.38 × 10-23J/K)

T: Iwọn otutu pipe (K)

R: Ariwo ooru resistance (ohms) ni ibatan si iwọn otutu ati iye resistance, ati pe irisi rẹ jẹ alapin. A le rii lati agbekalẹ naa pe iye resistance ere ti o tobi sii, bẹẹ ni ariwo ooru ti o tobi sii. Bi bandwidth ti tobi si, bẹẹ ni ariwo ooru naa yoo tobi si. Nitorinaa, lati rii daju pe iye resistance ati iye bandwidth pade awọn ibeere ere ati awọn ibeere bandwidth, ati nikẹhin tun nilo ariwo kekere tabi ipin ifihan agbara-si-ariwo giga, yiyan awọn resistors ere nilo lati ṣe ayẹwo ni pẹkipẹki ati ṣe ayẹwo da lori awọn ibeere iṣẹ akanṣe gangan lati ṣaṣeyọri ipin ifihan agbara-si-ariwo ti o dara julọ ti eto naa.

Àkótán

Ìmọ̀ ẹ̀rọ ìdàgbàsókè ariwo kó ipa pàtàkì nínú mímú iṣẹ́ àwọn photodetectors àti àwọn ẹ̀rọ itanna pọ̀ sí i. Ìpele gíga túmọ̀ sí ariwo kékeré. Bí ìmọ̀ ẹ̀rọ ṣe ń béèrè fún ìpele gíga jù, àwọn ohun tí a nílò fún ariwo, ìpíndọ́gba àmì-sí-ariwo, àti agbára ariwo tí ó dọ́gba ti àwọn photodetectors tún ń pọ̀ sí i.