Detektorok

[Ábrák forrása: http://www.thorlabs.com/navigation.cfm?guide_id=36]

Az egyik legelterjedtebb detektortípus a fotodetektorok. Felépítés szerint két gyakran előforduló csoportot különböztethetünk meg, a vákuumcső, valamint a félvezető alapúakat. A fotoelektron sokszorozó cső nagy érzékenységű detektor, lehűtve egyedi fotonok észlelésére is alkalmas. A félvezető alapú detektorokat további gyakori típusokra oszthatjuk, úgy mint fotodióda, egy-foton lavina dióda (avalanche fotodióda) és a CCD detektor. Bár nem tárgyaljuk részletesen, de a fény hőhatásán alapuló detektorokat, mint például a termoelemet és a termorezisztort is használják fotodetektorként, például teljesítmény mérésre. A detektorok működésének bemutatásakor gyakran előfordul a kvantumhatásfok fogalma, mely megmutatja hogy a beérkezett fotonok hány százalékát detektálja az eszköz.

A detektorok kimenete valamely adott minimális és maximális érték között változhat. Azonban ezen értékek között a fény intenzitásával arányos vagy nem-lineáris is lehet a skála. Diszkrét jelek méréséhez a detektorokat valamely szabvány kimeneti szintek, például TTL, előállítására tervezik. A detektor kimenete legtöbb esetben, megfelelő tervezés mellett arányos a bemenettel. Amennyiben a vizsgált effektus változási sebessége összemérhető a detektor sebességével, úgy a bemenetet dekonvolúcióval határozhatjuk meg. Amennyiben a detektorunk nem-lineáris működésű, akkor a detektor működésének matematikai modellje segítségével határozhatjuk meg a bemeneti jelalakot.

Diszkrét jelek mérésekor, pl. fotonszámlálók esetén, a holtidő megmutatja, hogy egy esemény érzékelése  után mennyi minimális idő szükséges egy új esemény érzékeléséhez. A detektor ezalatt az idő alatt nem tud újabb eseményt érzékelni, azaz a detektor vak. A holtidőn belül bekövetkező eseményekre kétféleképpen válaszolhat a detektor: a holtidő újraszámolódhat (paralyzable, „elbénuló” eset), vagy érzéketlen rá (non-paralyzable, „nem-elbénuló”) eset. Nagyon sűrűn érkező bemeneti eseményekre, ahol az ismétlődés ideje sokkal kisebb a holtidőnél, a paralyzable típusú detektorok elnémulnak, míg a non-paralyzable detektorok telítődnek.

Válaszidő: A detektor bemenetére érkező jel és az ennek hatására létrejövő kimeneti jel adott szintje (pl. a maximum 66%, 90%) között eltelt idő, megkülönböztetünk felfutó és lefutó válaszidőt. Meghatározása megfelelően gyors fel- illetve lefutású négyszög bemenetre adott válasz mérésével történik.

[Ábrák forrása: http://www.thorlabs.com/navigation.cfm?guide_id=2171]

A detektorok spektrális érzékenységét az anyaguk határozza meg. Fajtájukat az adott alkalmazásnak megfelelően kell kiválasztani, ahol a legfőbb szempontok a spektrális érzékenység, sebesség, sötét áram.

A detektorok válaszidejét a működésük különböző fizikai jellegzetességeivel magyarázhatjuk. Fotodióda esetén a gerjesztett töltéshordozóknak a kiürített rétegben történő driftjének, az azon kívüli diffúziójának illetve az elektromos áramkör eredő időállandója határozza meg a válaszidőt. Fotokonduktív módban a feszültség növelésével a kiürített réteg szélessége nő, tehát a dióda kapacitása és az ebből keletkező időállandója csökken. A detektor aktív felületével együtt nő a válaszidő is az úthosszak növekedése miatt.