等效噪声功率 Noise-equivalent power

2022-11-07 10:31:18 浏览:418

定义

检测器的输入功率,其产生与设备内部噪声相同的信号输出功率。

当光电探测器没有得到任何输入光时,它仍然会产生一些具有一定平均功率的噪声输出,该功率与均方根电压或电流幅度的平方成正比。 器件的噪声等效功率(NEP)是光输入功率,它产生与给定带宽下噪声功率相同的额外输出功率(见下文)。 如果将输入解释为信号,则输出信号和噪声功率相同,即信噪比为1。

噪声等效功率的倒数称为侦探率。

测量的可能信噪比(对于1 Hz带宽)可以简单地估算为可用输入功率除以噪声等效功率。 为此,不需要知道探测器的响应度。

请注意,噪声等效功率取决于光波长,因为这会影响探测器的响应度。 对于响应度最高的波长,实现了最低的NEP。

带宽的影响

噪声功率以及噪声等效功率取决于测量带宽。 (对于白噪声,它与该带宽成正比。 乍一看,人们可能会发现使用设备的完整检测带宽是最自然的。 然而,NEP不允许对不同带宽的探测器进行公平比较;如果采用额外的电子滤波,减少检测带宽,则会减少。 因此,通常假设带宽为1 Hz,通常远低于检测带宽。

一些作者以W / Hz1/2 为指定单位而不是W(瓦特),这是功率的常用单位。 实际上,他们基于功率谱密度(PSD)而不是功率来建立NEP。 数值结果不会改变,因为 1 Hz 带宽中的功率来自将 PSD 乘以 1 Hz 带宽。

等效噪声功率的测量

为了通过实验获得噪声等效功率,首先需要在没有任何光学输入的情况下测量仪器输出的功率谱密度。 这个结果必须除以责任。

例如,如果光电二极管产生PSD为1 nA / Hz1/2 的光电流,其响应度为0.5 A / W,NEP为1 nA / Hz1/2 / 0.5 A/W = 2 nW / Hz1/2.

优化

显然,低噪声等效功率是可取的,因为该功率电平大约是最小输入功率电平,当在一秒量级的时间内对信号求平均值时,可以轻松检测到该功率电平。 使用锁定检测等高级方法,人们实际上可以检测到更弱的信号,前提是这些信号的带宽远低于检测带宽。 实际上,将检测带宽限制在远低于1 Hz的值,这也降低了信号必须与之竞争的噪声功率。 所需的平均时间相应更长。

如果可以在不增加传输噪声功率的情况下增加光电探测器(例如光电二极管)的响应度,则可以降低噪声等效功率。 然而,通过使用雪崩光电二极管,例如,由于内部放大机制,响应度可以大大提高,人们也会获得更多的噪声,因此甚至可以增加噪声等效功率。

光检测和表征

作          者: 泮桥成像光电商城

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