4种信号噪声影响光学器件

发表的维克多argueta

光学工程师把他们的设计精力集中在优化的光学元件和图像分析减少像差和其他不必要的图像畸变。然而,光学元件并不是光信号可能被扭曲的唯一领域。光敏二极管CCD和CMOS传感器可能是有害信号(通常称为噪声)的来源,会影响系统性能。


以下是光电探测器中常见的四种噪声源,包括CMOS和CCD成像仪。


如果你的设计中没有考虑到噪音,那么噪音会是一个令人头疼的问题。

如果你的设计中没有考虑到噪音,那么噪音会是一个令人头疼的问题。



暗噪音,暗电流。

理想情况下,当光子撞击半导体器件时,我们希望它能产生电子-空穴对,从而产生电流。有时,即使没有光子落在光电探测器上,我们也可能有电流。这是为什么呢?原因有很多:半导体结构的不完美,量子力学导致的电子的随机行为,以及温度或设计不良的电子器件。暗电流在CMOS和ccd中特别烦人。


散粒噪声

当我们检测一个光信号时,进入光电探测器的光子流不是恒定的。你可以把它想象成光强度的变化。我们通常不关心,因为每秒钟有大量的光子撞击光电探测器。然而,当我们在非常低的光照条件下工作时,这些变化就变得很重要,因为我们检测到的信号值将到处跳跃。被检测信号从这一时刻到下一时刻的变化称为散粒噪声。


热噪声

热噪声在通信系统中尤为重要。顾名思义,它是由半导体内部的温度引起的。这种非零温度会导致电子移动,而这种移动会产生电流(它们有足够的能量跃入传导带),并产生噪音信号。随着温度的升高,噪声变得更加相关,限制了传感器能够检测到的最小信号。在一些系统中,比如望远镜,我们使用的是极低的信号,有必要用液氮冷却半导体,以减少热噪声的存在。



1 / f噪声

这种噪音很有趣。它取决于被检测到的信号的频率。频率越低,噪声越高。与我们之前提到的其他噪音相比,它通常是非常低的。它可以在一些无源元件和放大系统中找到。


噪声会限制系统能检测到的最低信号

噪声会限制系统能检测到的最低信号

结论

这只是对我们在光电设备中遇到的一些最重要的噪声的一个快速概述。哪一个更相关将取决于您的特定应用程序。虽然噪声是不可避免的,但通过使用高质量的部件、良好的接地、有效的温度控制和良好的光学滤波等,可以控制噪声并将其降低到可接受的水平。


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