Đềtéctơ - Quang học bằng Bán dẫn - Phần 2

Tham khảo tài liệu đềtéctơ - quang học bằng bán dẫn - phần 2, tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đềtéctơ - Quang học bằng Bán dẫn - Phần 2 IV. TIẾNG ỒN TRONG CÁC ĐỀTÉCTƠ QUANG HỌC BÁN DẪN IV.1 Giới thiệu tổng quan Khả năng để đo một tín hiệu quang học rất yếu luôn bị giới hạn bởi sự hiện diện của tiếng ồn trong quá trình đo. Người ta định nghĩa ở đây thuật ngữ « tiếng ồn » (bruit/ noise) dùng để chỉ các thăng giáng ngẫu nhiên trong tín hiệu điện do đềtéctơ quang học cung cấp. Tiếng ồn này luôn được thêm vào tín hiệu phải đo và do trong một quá trình đo, chúng ta không thể loại bỏ hoàn toàn tiếng ồn, nên mục đích của ta là tìm cách tối đa hoá tỷ số tín hiệu so với tiếng ồn. Chúng ta nhắc lại ở đây vài khái niệm thống kê của tiếng ồn trong các đềtéctơ quang học: • Công suãt của tiếng ồn được biểu diễn bằng phương sai σ2 các thăng giáng của đại lượng đo được (dòng quang điện hay quang hiệu thế), chẳng hạn dòng điện ở đầu ra của đềtéctơ quang học : 2 [ σ i2 = iB = ∆i2 = i(t) − i 2 ]2 = T ∫0T [i(t) − i] dt 1 (IV.1) Trong đó i là dòng điện trung bình và T là thời gian tích phân của quá trình đo (temps dintégration/ integration time) hay là hằng số thời gian của tín hiệu điện cung cấp bởi đềtéctơ. • Căn số bậc hai của phương sai hay còn được gọi là độ lệch chuẩn (écart-type/ standard deviation) (hay giá trị hiệu dụng- valeur efficace/ root mean square – trong trường hợp của một tín hiệu quy tâm hay tín hiệu mà giá trị trung bình bằng không) đặc trưng cho tiếng ồn của đại lượng đo : 2 σ i = iB = [i(t) − i]2 = 1 T T 0 i(t) − i dt ∫ [ ] (IV.2) • Trường hợp có nhiều nguồn tiếng ồn tồn tại cùng lúc trong quá trình đo tín hiệu quang, tiếng ồn toàn phần trong quá trình đo được biểu thị bởi 1/2 1/2 1/2  n   n   n  ∑ σ total =  σ 2 j = iBtotal =   ∆i2     ∑ 2 =  iB j  ∑ (IV.3)  j =1   j =1  j  j =1        • Việc đo tiếng ồn trong các đềtéctơ quang học thường được gắn liền với dải truyền qua đối với tín hiệu điện trong hệ thống đo tín hiệu quang học, khi mà thông lượng các phôtôn tới được biến điệu theo thời gian. Trường hợp đơn giản nhất là trường hợp mà hệ thống đo đáp ứng một cách đồng đều với mọi tần số biến điệu có giá trị giữa f1 và f2 ; và ngoài khoảng tần số này không có đáp ứng của hệ thống (hay đáp ứng bằng không) : dải rộng truyền qua như vậy bằng ∆f = f2 – f1. Trong thực tế, đáp ứng đặc trưng của một đềtéctơ quang học thường phụ thuôc vào tần số biến điệu. Nếu như đáp ứng của hệ thống đo tín hiệu quang học thay đổi một cách liên tục theo tần số biến điệu, ta có thể khái quát hoá khái niệm dải truyền qua dối với tín hiệu điện theo định nghĩa sau đây: 2 ∞ ℜ(f) ∆f = ∫0 ℜmax df (IV.4) Trong đó ℜ(f) = TF[R(t)] là đáp ứng tần số của hệ thống đo và R(t) là đáp ứng thời gian của cùng hệ đo, TF là biến đổi Fourier. ℜmax là giá trị cực đại của ℜ(f). • Trong một hệ thống đo mà người ta tích phân tín hiệu điện trong một khoảng thời gian tích phân T, với một xung vào ở thời điểm t = -T/2, đáp ứng thời gian của hệ thống có dạng như sau :  T T = ℜ0 , − < t < ...