Korelacyjny pomiar gęstości widmowej mocy szumów detektorów fotonowych do spektroskopii absorpcyjnej

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów gęstości widmowej napięcia szumów detektorów fotonowych o małych rezystancjach przy użyciu specjalnie opracowanego stanowiska pomiarowego. Badania tych detektorów mają duże znaczenie dla wielu aplikacji. Są one szczególnie istotne dla układów laserowej spektroskopii absorpcyjnej do wykrywania śladowych ilości gazów. Uzyskiwana w nich granica wykrywalności jest bezpośrednio związana nie tylko z szumami źródeł promieniowania i szumem tła, lecz także z szumami detektora oraz kolejnych stopni fotoodbiornika. Zastosowanie w opracowanym systemie specjalnie zaprojektowanych ultramałoszumowych torów pomiarowych (wzmacniacze o napięciu szumów 3,6 × 10⁻¹⁹ V² /Hz dla f > 1 kHz) oraz operacji korelacji sygnałów w czasie 10 minut umożliwiło uzyskanie szumu tła poniżej 10⁻¹⁸ V² /Hz dla f > 10 Hz oraz poniżej 10⁻¹⁹ V² /Hz dla f > 1 kHz. Efektywność systemu zweryfikowano poprzez pomiary referencyjnych rezystorów, a następnie detektora z supersieci drugiego rodzaju (T2SL) wykonanego z InAs/InAsSb.

The paper presents noise measurements of low-resistance photon detectors with a specially developed system. These measurements are significant for many applications. This issue is particularly critical for laser absorption spectroscopy systems to detect trace amounts of gases. In these systems, the detection limit is determined by noise origins, e.g., light source, background, and detector noise and its readout electronics. The use of some specially designed components of the system (low-noise - 3.6 × 10⁻¹⁹ V² /Hz for f >1 kHz) cross-correlation signal processing provides to obtain a measuring floor noise below 10⁻¹⁸ V² /Hz for f > 10 Hz and below 10⁻¹⁹ V² /Hz for f > 1 kHz after ten minutes’ analysis. Measurements of some reference resistors have verified the system’s performance. Finally, the system was also applied to determine the spectral noise density of the II-Type SuperLattice photodetector made of InAs/InAsSb.