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位置探測器（PSD）性能參數解釋
發布時間：2024-06-25
以下是PSD（位置探測器）的彩頁參數及常見參數解釋，包括參數定義和相關解析。
1、光譜響應范圍
（λ，Spectral response range）
①光譜響應范圍的短波下限取決于窗材透過率，長波上限取決于本征材料特性；
②環氧樹脂涂料（Epoxy coating）易吸收短波成分，對于波長320 nm以下有探測需求的，選擇有機硅涂料（Silicone coating）；
③硅在常溫下的帶隙能為1.24 eV λc = 1240（eV）/Eg (nm)，Eg：帶隙能。因此，長波截止約在1100 nm附近。
圖1 光譜響應曲線
2、峰值靈敏度波長
（λp，Peak sensitivity wavelength）
光譜響應中，靈敏度最大值所在的波長。一般來講選擇與待測光波段附近的峰值靈敏度波長，信號輸出更大。
3、光靈敏度
（S，Photosensity）
光靈敏度（單位：A/W）為光電流（單位：A）與特定波長入射光輻射能通量（單位：W）的比值。當入射光為峰值波長時，光靈敏度為0.6 A/W。
4、極間電阻
（Rie, Interelectrode resistance）
①極間電阻指的是陽極pin1和陽極pin2之間的電阻，也叫位置電阻（positioning resistance)，它是在電壓為0.1 V的條件下測得；
②分流電阻指的是陽極pin1或陽極pin2與陰極pin3之間的電阻。
圖2 一維PSD的結構與等效電路
5、位置探測誤差
（E，Position detection error）
①通過計算的光斑位置通常和真實入射位置存在誤差：
圖3 誤差公式
以濱松PSD S5990-01為例，位置探測誤差典型值70 μm，測量條件為，入射波長900 nm，反向偏壓5 V，光斑直徑0.2 mm以上，該誤差測量值在光敏面的80%的圓內獲取。
圖4 光敏面示意圖
②位置探測誤差會隨著光斑中心到電氣中心的距離而變化，距離越遠，誤差越大。以二維PSD模塊C10443-01為例，光斑中心距離電氣中心左右1.5 mm時，位置探測誤差約85 μm。
圖5 誤差擬合線
位置探測誤差同距離有一定的線性關系，可以通過線性擬合標定的方式進行PSD探測誤差的消除。
6、飽和光電流
（Ist，Saturation photocurrent）
①飽和光電流是指整個感光面被照射時所測量的全部光電流；
②在背景光很強的室外或者信號光很強的情況下使用PSD時，必須考慮光電流飽和。飽和PSD的輸出導致線性度偏離，PSD將無法正常工作；
③為了避免光電流飽和，可采用以下措施：
使用濾光片，降低背景光強；使用感光面小的PSD；提高反向電壓；降低電極間電阻；增大光斑尺寸。
7、暗電流
（ID，Dark current）
①當電路中加上了反向電壓（VR）時，會一直有電流通過PSD，這個電流甚至在PSD不感光時也依然存在，所以稱之為暗電流；
②影響暗電流大小的有兩個因素，一個是反向電壓，一個是溫度；
③但暗電流本身不是噪聲，暗電流的不確定性（其實就是來自暗電流的散粒噪聲）才是噪聲。舉個具體的例子，假設暗電流為100 pA，實際的暗電流則是會在100 pA左右波動，這一時刻可能是97 pA，下一時刻又變成101 pA，這個不確定性的絕對量會隨著暗電流的變大而變大，所以暗電流越大，噪聲就越大。
8、上升時間&截止頻率
（tr，Rise time）（fc，Cutoff frequency）
①和光電二極管一樣，PSD的響應速度是指產生的載流子作為電流輸出到外部電路的時間，通常用上升時間/截止頻率表示，是在探測快速移動的光斑或者為了減除背景光而使用脈沖驅動型信號光源時的重要參數；
②上升時間定義為輸出信號從峰值的10%上升到90%所需要的時間；
③當PSD接收到激光二極管等發射的正弦調制光波時，其截止頻率fc定義為PSD的輸出（電流或電壓）相比于100%輸出下降3 dB時的頻率。截止頻率（fc）與上升時間（tr）的換算公式為：tr（ns）=0.35 / fc（GHz）；
④對于一般連續光源，光斑點在目標位置能夠停留PSD要求的響應時間，移動頻率小于三倍的PSD截止頻率可以使PSD定位更準。
9、終端電容
（Ct，Terminal capacitance）
由于耗盡層的存在，PSD的PN結中會形成一個等效電容，稱作結電容（Cj）。終端電容（Ct）包含了結電容（Cj）和封裝時所產生的寄生電容（package stray capacitance），是一個更加實用的數據。一般說來，終端電容（Ct）越大，響應速度越慢——通俗地理解，電容大了，充放電時間變長，最終影響PSD輸出信號的時效性。
10、位置分辨率
（?R，Position resolution）
①位置分辨率即可探測的最小光斑位移。分辨率數值與PSD的長度和測量系統的帶寬成正比，與PSD的光電流成反比；
②以二維PSD模塊C10443-01為例，位置分辨率為0.3 μm。
圖6 位置分辨圖
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