歸一化探測率

歸一化探測率（Normalized Detectivity）是光電探測器的主要性能指標之一，即比探測率。該指標描述的是探測器材料對弱光的探測能力。

圖片所示是幾種常用探測器的歸一化探測率值，數值越大表示性能越好。

基本介紹

• 中文名：歸一化探測率
• 外文名：Normalized detectivity
• 符號：D*
• 衡量指標：探測器的探測能力

定義式

歸一化探測率或比探測度 ，可定義為：

單位為 ，即當探測器回響元面積為1cm，放大器頻寬為1Hz時，單位功率所能給出的信噪比。這個數值越大，探測器性能越好。幾種常用探測器光譜探測率如下圖1所示。

圖1 常用探測器的光譜探測率

此指標是從光電探測器的若干可直接測得的指標提取出來的，能夠較準確反映光電探測材料探測弱光的極限性能。

測量

基本原理

根據定義，歸一化探測度可表示為：

式中，探測器的接收面積A和放大器的工作頻寬 在一定的測量系統中為定值，因此，只要測得探測器輸出信噪比 ，便可根據計算得到的P求出 。

實驗用500 K黑體作輻射源。

根據普朗克公式，黑體在單位面積上在單位波長間隔內發射的輻射功率為：

式中，普朗克常數 ；玻爾茲曼常數 ；光速 ； 為輻射波長； 為熱力學溫度。

黑體在 波段範圍內的輻射功率為：

PbS光敏元件的回響波段為1~3μm，在此波段內的輻射功率為：

經數值積分計算得：

探測器接收到的功率P為：

式中，A為探測器面積；A/r為接收視場立體角； 為黑體光闌孔徑面積；r為黑體光闌孔徑至探測器靈敏面的距離； 為輻射係數，取0.99；m為調製轉換係數，這裡取0.28（三角波調製）。

當黑體輻射爐和探測器確定後，上述參量就是一些常數。故探測器的接收功率是確定的，而相應的探測器的輸出電壓噪電壓可以測出，因此可計算出探測器的回響度和探測度。

試驗步驟

試驗裝置如下圖2所示：

圖2 探測度測試試驗裝置圖

（1）接通黑體輻射爐電源，並使黑體溫度維持在227℃，即絕對溫度500 K。

（2）接通探測器的偏置電源(+50 V)及放大器供電電源(+12 V)。

（3）把頻譜分析儀的旋鈕放在適當位置。

（4）把放大器的輸出端和頻譜分析儀的輸入相連線，並接通頻譜分析儀的電源開關。

（5）接通調製盤電機電源。

（6）用頻譜分析儀測量輸出信號電壓。

（7）測量噪聲電壓，用黑紙遮擋住黑體輻射源視窗，測量與調製頻率相應的噪聲電壓。

（8）改變電機電壓(即改變調製頻率)，測量不同調製頻率下的輸出信號電壓和噪聲電壓。

使用儀器及元件

（1）頻譜分析儀；（2）電晶體穩壓電源；（3）黑體輻射源；（4）PbS元件及放大器。

探測率

顯然噪聲等效功率NEP越小，光電器件的性能越好。但參數NEP不符合人們的傳統認知習慣。為此定義NEP的倒數為光電器件的探測度，作為衡量光電器件探測能力的一個重要指標。探測率D用公式表示為：

D的單位是 。它描述的是器件在單位輸入光功率下輸出的信噪比，顯然D值大，光電器件的性能越好。

與歸一化噪聲等效功率相應的歸一化探測率又稱為比探測率用 表示， 後面常附有測量條件，如 (500K，900，1)表示是用500K黑體作光源，調製頻率為900Hz，測量頻寬為1Hz。對於長波紅外光電器件，因環境輻射波長與信號波長十分接近，因此的測量與背景溫度及測量視場角有關。在沒有特殊標註的情況下，通常是指視場立體角為2π球面度，背景溫度為300K。當光電器件的質量很高，內部噪聲很低以至於可以忽略不計時，僅由背景噪聲決定，這種器件稱為達到背景限的探測器。