۱۳۹۹/۰۱/۲۳ ۲۳:۵۲ ۱۱۵
طبقه بندی: داده ها و سنجنده ها
چچ
مؤلفه‌های یک آشکارساز الکترواپتیکی

مؤلفه‌های یک آشکارساز الکترواپتیکی

سیگنال الکتریکی ایجاد شده در محل هر آشکارساز متناسب با میزان تابش فرودی است.


تابش جمع‌آوری‌ شده توسط المان‌های اپتیکی سامانه تصویربرداری، به‌وسیله آشکارسازی که در صفحه کانونی آن سامانه قرارگرفته است به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. سیگنال الکتریکی ایجاد شده در محل هر آشکارساز متناسب با میزان تابش فرودی است و تجمیع تمام آشکارسازها در یک آرایه،‌ یک نمونه مکانی از صحنه پیوسته ایجاد می‌کند. آشکارسازهای الکترواپتیکی سامانه‌های تصویربرداری به دو دسته کلی فوتونی و حرارتی تقسیم می‌شوند که در ادامه به معرفی آن‌ها پرداخته‌شده است. شاخص‌ترین آشکارسازهای فضایی، از جنس سیلیکون (Si)، ایندیوم گالیوم آرسناید (InGaAs) و جیوه کادمیوم تلوراید (MCT) می‌باشند؛ که نوع اول عمدتاً در ناحیه مرئی و دو نوع دیگر در ناحیه مادون‌قرمز مورداستفاده قرار می‌گیرند. به‌صورت کلی فرآیند ثبت تصویر توسط آشکارسازهای فوتونی با جذب فوتون، تولید زوج الکترون حفره و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی صورت می‌گیرد. شکل زیر نمایی از صفحه کانونی OLI-2 ماهواره لندست-9 و 14 ماژول آشکارساز آن را نشان می‌دهد.

.

شکل 1– صفحه کانونی OLI-2 ماهواره لندست -9

.
مؤلفه‌ های بسیاری برای تعیین کارآیی یک آشکارساز در برآورده ساختن الزامات مأموریتی تعریف می‌شوند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به پاسخ طیفی، بازده کوانتومی، توان معادل نویز و پاسخ‌دهی اشاره نمود. علاوه بر این، میزان نویز نیز از دیگر مؤلفه‌های مؤثر در ارزیابی کارآیی یک سامانه تصویربرداری است؛ در هر سامانه تصویربرداری مقادیر عوامل نویز بایستی کمیت دهی شده و اثر آن بر کارآیی سامانه مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گیرد تا در صورت بروز هرگونه مغایرت در کارآیی پیش‌بینی‌شده و کارآیی واقعی، امکان بهینه‌سازی و اعمال اصلاحات لازم فراهم گردد. در ادامه به معرفی مختصر هر یک از مؤلفه‌ های مذکور پرداخته‌ شده است.
.

پاسخ طیفی : این مؤلفه تغییرات پاسخ‌دهی یک آشکارساز برحسب طول‌ موج را مشخص می‌نماید که عمدتاً به‌صورت نموداری با بیشینه بهنجار شده 100 درصد است. این مؤلفه در طراحی و ساخت یک سامانه های تصویربرداری چندطیفی و ابرطیفی با مأموریت از پیش تعیین‌شده بسیار مهم است. به‌عنوان‌مثال در آشکارسازهای سیلیکونی (0.4 تا 1.1 میکرون)، فوتون‌های با طول‌موج بالای 1.1 میکرون از آشکارساز عبور کرده و جذب نمی‌شوند ولی نوع دیگری از آشکارسازها به نام ایندیوم گالیوم آرسناید می‌تواند پوشش مناسبی در ناحیه مادون‌قرمز (0.8 تا 1.7 میکرون) فراهم آورد. همان‌گونه که در سامانه تصویربرداری ماهواره SPOT5 مشاهده می‌شود، می‌توان با استفاده همزمان از این دو نوع آشکارساز سامانه بهینه‌ای متناسب با مأموریتی خاص در ناحیه مرئی و مادون‌ قرمز ایجاد نمود.

.

شکل 2 – محدوده پاسخ طیفی برخی آشکارسازها
.

بازده کوانتومی : این مؤلفه که به‌صورت درصد بیان می‌شود، تعداد فوتوالکترونی است که به ازای ورود هر فوتون ایجاد می‌شود. به‌عبارتی‌دیگر بازده کوانتومی معادل کسری از فوتون‌های ورودی است که در جریان فوتوالکترون شرکت می‌کنند. بازده کوانتومی بیانگر توانایی آشکارساز در تبدیل تابش فرودی به سیگنال الکتریکی است. توان معادل نویز : این مؤلفه اندازه حداقل توانی است که می‌تواند آشکار شود. کمترین توانی که یک آشکارساز می‌تواند اندازه‌گیری کند به نویز تولیدشده با آشکارساز و پاسخ‌ دهی آن بستگی دارد. به عبارتی توان معادل نویز، تابعی از توان ورودی آشکارساز است که نسبت سیگنال به نویز را برابر مقدار واحد می‌کند. بر این اساس هرچه مقدار توان معادل نویز یک آشکارساز کمتر باشد کارآیی آن آشکارساز بهتر است.
پاسخ‌دهی : هنگامی‌ که آشکارساز عملیاتی می‌شود، معیار پاسخ‌ دهی مهم‌ترین مؤلفه برای تعیین حساسیت آشکارساز در تبدیل توان تابشی به سیگنال الکتریکی است. این مؤلفه به‌صورت تابعی از چگالی شار فرودی یا چگالی انرژی میانگین‌گیری شده روی پاسخ طیفی آشکارساز مشخص می‌شود. پاسخ‌دهی امکان انتخاب آشکارساز مناسب با میزان تابش ورودی و پاسخ طیفی و از طرفی ساختار پیش تقویت‌ کننده را فراهم می‌آورد.
.

شکل 3 - پاسخ‌ دهی آشکارسازهای باندهای طیفی Worldview-3

آدرس کوتاه شده: