红外探测器主要参数定义

红 外 探 测 器

1．量子效率

在某一特定波长上，每秒钟产生的光电子数与入射光子数之比。对理想的探测器，入射一个光子发射一个电子，1)(=λη。当然实际上不是所有的光子都可以被吸收，因此1)(<λη。

探测器对波长为λ处的量子效率可以表示为：

hv P e I S //)(=λη 其中S J h .106260755.634-⨯=，是普朗克常数，e 是元电荷。

2. 响应率

输出信号电压S 与输入红外辐射功率P 之比即：

）或（W A W V P S R /)/(=

3. 响应波长范围

单色响应率与波长的关系，称为光谱响应曲线或响应光谱。热敏型红外

探测器的响应率与波长无关。光电型红外探测器有峰值波长p λ和长波限c λ。

通常取响应率下降到p λ一半所在的波长为c λ。

光电探测器只有在小于c λ范围有响应，因此称为选择性红外探测器。

对于光子探测器，仅当入射光子的能量大于某一极小值时才能产生光电效应。就是说，探测器仅对波长小于cλ，或者频率大于的光子才有响应。因此，光子探测器的响应随波长线性上升，然后到某一截止波长cλ突然下降为零。

而热型探测器响应波长无选择性，对可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感，在室温工作。灵敏度低、响应时间偏长，最快的响应时间也在毫秒量级。热释电探测器主要应用于被动式的传感器中，主要应用于防盗报警、来客告知等被动探测以及石油化工、电力等行业的温度测量、温度检测等灵敏度不是很高的场合。此外，热释电材料是还是制备非制冷红外成像设备的重要材料。

常见红外光子探测器及响应波段

4.噪声

如果测量探测器输出的电子系统有足够大的放大倍数，即使没有入射辐射。也可以看到一些毫无规律的电压起伏,它的均方根称为噪声电压N，此噪声来源于探测器中的某些基本的物理过程。探测器的噪声主要有以下几个来源：f/1噪声(闪烁噪声)，暗电流噪声(热噪声)以及光电流噪声。

f/1噪声为低频噪声，在AlGaAs

GaAs/QWIP中的影响很小，不是主要的制约因素。制约器件性能的主要因素是暗电流噪声和光子噪声，即载流

子无规则的热运动造成的噪声。

当温度在绝对零度以上，由于电荷载流子的热运动，所有电阻都有热噪声。可通过减小电阻、带宽或者温度的方法降低热噪声。由于热噪声与绝对温度的平方根成正比，所以可以用降低温度的方法降低。例如，将某种电阻的温度由室温（298K）降低到液态氮的温度（77K），热噪声下降50%。

如前所述，QWIP的探测率的限制因素来源于两个方面，一是探测器本身的暗电流噪声，二是照射到探测器表面的背景光子涨落（光电子噪声）。在温度高于背景限制温度（

T）时，暗电流噪声占主导作用，此时QWIP工

BLIP

作于器件噪声限制模式。当工作温度低于

T时，由背景光子涨落引起的光

BLIP

电流噪声占主导地位，此刻QWIP工作于背景噪声限制（BLIP）模式。探测器在BLIP模式下工作时，具有最大的探测率，故而我们总是试图增加器件的

T。

BLIP

5．信噪比

信噪比，即SNR（Signal to Noise Ratio），指入射辐射所产生的信号输出电压与同时输出的噪声电压的比，常常用分贝数表示，设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小。

设入射功率产生的信号输出电压为S，噪声电压为N，则

SNR＝S/N (dB)

注：dB(Decibel，分贝)是一个纯计数单位，本意是表示两个量的比值大小，没有单位。

在电子工程领域，放大器增益使用的就是dB（分贝）。放大器输出与输入的比值为放大倍数，单位是“倍”，如10倍放大器，100倍放大器。当改用“分贝”做单位时，放大倍数就称之为增益，这是一个概念的两种称呼。

电学中分贝与放大倍数的转换关系为：

A(V)(dB)=20lg(Vo/Vi)；电压增益

A(I)(dB)=20lg(Io/Ii)；电流增益

Ap(dB)=10lg(Po/Pi)；功率增益

使用分贝做单位主要有三大好处:

（1）数值变小，读写方便。电子系统的总放大倍数常常是几千、几万甚至几十万，一台收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出，一共要放大2万倍左右。用分贝表示先取个对数，数值就小得多。

（2）运算方便。放大器级联时，总的放大倍数是各级相乘。用分贝做单位时，总增益就是相加。若某功放前级是100倍(20dB)，后级是20倍(13dB)，那么总功率放大倍数是100×20=2000倍，总增益为20dB＋13dB=33dB。

（3）符合听感，估算方便。人听到声音的响度是与功率的相对增长呈正相关的。例如，当电功率从0.1瓦增长到1.1瓦时，听到的声音就响了很多；而从1瓦增强到2瓦时，响度就差不太多；再从10瓦增强到11瓦时，没有人能听出响度的差别来。如果用功率的绝对值表示都是1瓦，而用增益表示分别为10.4dB，3dB和0.4dB，这就能比较一致地反映出人耳听到的响度差别了。

分贝数值中，－3dB和0dB两个点是必须了解的。－3dB也叫半功率点或截止频率点。这时功率是正常时的一半，电压或电流是正常时的1/√2。在电声系统中，±3dB的差别被认为不会影响总特性。所以各种设备指标，如频率范围，输出电平等，不加说明的话都可能有±3dB的出入。

功率：10lg(1/2) (dB)=-3

电流/电流：20lg(1/√2) (dB)=-3

例子：收音机的频响10Hz～40kHz，就是表示在这段频率中，输出幅度不会超过±3dB，也就是说在10Hz和40kHz这二个端点频率上，输出电压幅度只有中间频率段的0.707(1/√2)倍了。

0dB表示输出与输入或两个比较信号一样大。