Im Bereich der optoelektronischen Geräte
voreingenommene Detektoren
sind eine weit verbreitete Kategorie spezialisierter Detektionsgeräte. Es handelt sich nicht um Geräte mit einheitlicher Struktur, sondern um einen allgemeinen Begriff für optische Detektionsgeräte, die im Sperrmodus arbeiten. Ihr Kern liegt in der Verbesserung der Detektionsleistung durch externe Spannungsregelung, um den Anforderungen an eine hochpräzise optische Signalerfassung in verschiedenen Szenarien gerecht zu werden.
I. Die Natur voreingenommener Detektoren
Ein vorgespannter Detektor ist ein optoelektronisches Gerät, das im Betrieb eine Sperrspannung benötigt und hauptsächlich zur Umwandlung optischer Signale in messbare elektrische Signale verwendet wird. Im Wesentlichen basiert er auf herkömmlichen Fotodetektoren (wie Fotodioden, Avalanche-Fotodioden usw.) und legt über einen externen Schaltkreis eine Sperrspannung an, um die elektrische Feldverteilung im Gerät zu verändern und so die Effizienz der fotoelektrischen Umwandlung zu optimieren.
II. Die Gründe für Bias-Design
Gewöhnliche unvoreingenommene Detektoren (wie Photovoltaik-Detektoren) können funktionieren, weisen jedoch offensichtliche Leistungsmängel auf. Der Hauptzweck des Bias-Designs besteht darin, diese Mängel zu beheben und die Anforderungen von Erkennungsszenarien mit höheren Standards zu erfüllen.
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Verbessert die Reaktionsgeschwindigkeit:
Das durch die Sperrspannung erzeugte starke elektrische Feld beschleunigt die Bewegung der Elektron-Loch-Paare und verkürzt die Ladungsübertragungszeit erheblich. Dadurch kann der Detektor schneller auf sich schnell ändernde optische Signale (wie z. B. gepulstes Licht) reagieren und Signalverzögerungen vermeiden.
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Verbessert die Erkennungsempfindlichkeit:
Die erweiterte Verarmungszone vergrößert die Wechselwirkungsfläche zwischen Photonen und Halbleitermaterialien und ermöglicht so eine bessere Absorption schwacher optischer Signale. Dadurch kann der Detektor schwaches Licht erfassen, das herkömmliche Geräte nicht erkennen können, und eignet sich daher für Szenarien mit geringer Lichtintensität.
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Reduziert Dunkelstromstörungen:
Durch die Sperrvorspannung kann der Dunkelstrom (Leckstrom ohne Lichteinstrahlung) des Detektors selbst unterdrückt, Hintergrundrauschen reduziert und das elektrische Ausgangssignal reiner gemacht werden, wodurch die Messgenauigkeit verbessert wird.
III.Anwendungsszenarien von voreingenommenen Detektoren
Mit den Vorteilen einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit und hohen Empfindlichkeit haben vorgespannte Detektoren in viele Bereiche Einzug gehalten und sind zu Schlüsselgeräten für die optische Signalerkennung geworden.
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Sicherheit und Überwachung:
In Infrarotüberwachungssystemen können voreingenommene Infrarotdetektoren nachts schwache Infrarotsignale erfassen, um Nachtsichtbilder zu realisieren, die häufig in Sicherheitskameras, bei der Grenzüberwachung und in anderen Szenarien verwendet werden.
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Medizinische und biologische Bildgebung:
In Geräten zur Röntgendetektion und Fluoreszenzbildgebung können vorgespannte Detektoren schwache optische Signale, die von medizinischen Geräten ausgesendet werden, genau erfassen und in klare elektrische Signale umwandeln, was die medizinische Diagnose unterstützt.
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Industrielle Erkennung und Sensorik:
Bei der Qualitätsprüfung industrieller Produktionslinien können sie zum Erkennen von Oberflächenfehlern an Produkten eingesetzt werden (z. B. durch Analyse des reflektierten Laserlichtsignals). Sie können auch als Kernkomponenten von optischen Fasersensorsystemen zur Überwachung physikalischer Größen wie Temperatur und Druck dienen.
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Wissenschaftliche Forschung und Luft- und Raumfahrt:
Bei astrophysikalischen Beobachtungen werden sie zum Auffangen schwacher optischer Signale von weit entfernten Himmelskörpern eingesetzt. In der Luft- und Raumfahrt können sie als Signalempfänger bei der Weltraumstrahlungserkennung und optischen Kommunikation eingesetzt werden.
