[科普中国]-归一化探测率

归一化探测率或比探测度 ，可定义为：

单位为 ，即当探测器响应元面积为1cm²，放大器带宽为1Hz时，单位功率所能给出的信噪比。这个数值越大，探测器性能越好。几种常用探测器光谱探测率如下图所示1。

此指标是从光电探测器的若干可直接测得的指标提取出来的，能够较准确反映光电探测材料探测弱光的极限性能。

根据定义，归一化探测度可表示为：

　　 式中，探测器的接收面积A和放大器的工作带宽 在一定的测量系统中为定值，因此，只要测得探测器输出信噪比 ，便可根据计算得到的P求出 。

实验用500 K黑体作辐射源。

根据普朗克公式，黑体在单位面积上在单位波长间隔内发射的辐射功率为：

式中，普朗克常数 ；玻尔兹曼常数 ；光速 ； 为辐射波长； 为热力学温度。

黑体在 波段范围内的辐射功率为：

PbS光敏元件的响应波段为1~3μm，在此波段内的辐射功率为：

经数值积分计算得：

探测器接收到的功率P为：

式中，A为探测器面积；A/r²为接收视场立体角； 为黑体光阑孔径面积；r为黑体光阑孔径至探测器灵敏面的距离； 为辐射系数，取0.99；m为调制转换系数，这里取0.28（三角波调制）。

当黑体辐射炉和探测器确定后，上述参量就是一些常数。故探测器的接收功率是确定的，而相应的探测器的输出电压噪电压可以测出，因此可计算出探测器的响应度和探测度2。

试验装置如下图所示：

（1）接通黑体辐射炉电源，并使黑体温度维持在227℃，即绝对温度500 K。

（2）接通探测器的偏置电源(+50 V)及放大器供电电源(+12 V)。

（3）把频谱分析仪的旋钮放在适当位置。

（4）把放大器的输出端和频谱分析仪的输入相连接，并接通频谱分析仪的电源开关。

（5）接通调制盘电机电源。

（6）用频谱分析仪测量输出信号电压。

（7）测量噪声电压，用黑纸遮挡住黑体辐射源窗口，测量与调制频率相应的噪声电压。

（8）改变电机电压(即改变调制频率)，测量不同调制频率下的输出信号电压和噪声电压。

（1）频谱分析仪；（2）晶体管稳压电源；（3）黑体辐射源；（4）PbS元件及放大器。

显然噪声等效功率NEP越小，光电器件的性能越好。但参数NEP不符合人们的传统认知习惯。为此定义NEP的倒数为光电器件的探测度，作为衡量光电器件探测能力的一个重要指标。探测率D用公式表示为：

D的单位是 。它描述的是器件在单位输入光功率下输出的信噪比，显然D值大，光电器件的性能越好。

与归一化噪声等效功率相应的归一化探测率又称为比探测率用 表示， 后面常附有测量条件，如 (500K，900，1)表示是用500K黑体作光源，调制频率为900Hz，测量带宽为1Hz。对于长波红外光电器件，因环境辐射波长与信号波长十分接近，因此的测量与背景温度及测量视场角有关。在没有特殊标注的情况下，通常是指视场立体角为2π球面度，背景温度为300K。当光电器件的质量很高，内部噪声很低以至于可以忽略不计时，仅由背景噪声决定，这种器件称为达到背景限的探测器3。