Шуми оптико-електронних систем. Лекція 5

Межа чутливості приймачів випромінювання
Обумовлений: флуктуаціями випромінювання сигналу;
флуктуаціями фонового випромінювання

Шуми оптико-електронних систем
Тепловой шум (шум Джонсона)
Дробовой шум
Токовый шум (1/f–шум)
Тепловые флуктуации
Шум мерцания (фликкер-эффект)
Флуктуації зовнішнього фону
Флуктуації сигналу

Шуми оптико-електронних систем
Шум мерцания (фликкер-эффект).
Шум мерцания обусловлен случайными изменениями эмиссии фотокатода. Установлено, что шум мерцания зависит от типа материала и свойств чувствительного слоя.

Флуктуации интенсивности приходящего оптического излучения (эффект «мерцания»)

Шуми оптико-електронних систем
Результирующий шум фотоприемника

Спектр фотоотклика
Необходимо различать два случая:
когда относительную спектральную чувствительность определяют, исходя из постоянства числа фотонов в каждом единичном интервале длин волн,
и когда ее определяют, исходя из постоянства мощности падающего излучения в каждом единичном интервале.

Спектральные характеристики фоточувствительности идеальных
фотонного и теплового приемников

Чувствительность
Под чувствительностью фотоприемника понимают величину фотосигнала на его выходе, приходящуюся на единицу падающей мощности.
На фотоприемник с площадью А от АЧТ с температурой Т падает модулированное с частотой f излучение, а напряжение сигнала на его выходе, измеренное на частоте f, равно vS, то чувствительность приемника к излучению этого АЧТ
где Н – освещенность площадки

Основні характеристики приймачів випромінювання
Питома виявлювальна здатність характеризує шумові властивості приймача випромінювання:
где AD − площадь фоточувствительного элемента, см2,
− ширина полосы пропускания измерительного
тракта, Гц,

Потужність, еквівалентна шуму
NEP (Noise Equivalent Power), або пороговий потік - значення потоку випромінювання, що створює на виході приймача випромінювання сигнал, який дорівнює середньоквадратичному значенню шуму :
Основні характеристики приймачів випромінювання

Параметр D*
Зависимость отношения от пороговой длины волны идеального фотонного приемника

Типові параметри теплових приймачів випромінювання

Мощность, эквивалентная мощности шума
мощность, эквивалентной мощности шума − NEP (Noise Equivalent Power).
NEP представляет собой мощность излучения сигнала, которая обеспечивает отношение сигнал-шум в фотоприемнике, равное 1, для данных полосы пропускания измерительного тракта, апертуры и площади фоточувствительного элемента.

D* и NEP связаны соотношением:
Аналогично D*, NEP определяют по отношению к монохроматическому излучению или по отношению к излучению абсолютно черного тела.
Измеряется NEP в ваттах
Мощность, эквивалентная мощности шума

Обнаружительная способность
Обнаружительная способность определяется как отношение сигнал-шум фотоприемника на единицу падающей мощности и име­ет размерность (Вт)-1.
Величина, обратная NEP.
Обнаружительную способность часто путают с параметром D*.
Но мы под обнаружительной способностью будем понимать значение отношения сигнал-шум на единицу падающей мощности.

Частотная зависимость, время фотоотклика, постоянная времени
Реакция фотоприемника на модулированный световой сигнал. Зависимость выходного сигнала (фототока или напряжения) от частоты модуляции внешнего излучения:
напряжение фотосигнала на нулевой частоте
частота
время фотоотклика, которое часто называют постоянной времени фотоприемника.

Спектр шума
Зависимость напряжения шума или шумового тока от частоты называется спектром шума.
Поскольку различные типы шумов по-разному зависят от частоты, то по виду спектра можно определить, какой тип шума преобладает в данном фотоприемнике.
Вместе с тем, спектр шума и частотная зависимость фотоотклика (т. е. спектр сигнала) дают возможность вычислить частотную зависимость отношения сигнал-шум, т. е. определить, зависимость D* от частоты.