Instrumentación

Noise measurements on optical detectors

F.J. González

Instituto de Investigación en Comunicación Óptica, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Álvaro Obregón 64, San Luis Potosí, SLP, México, Tel.: +52 (444) 825-0183 ext 232; fax: +52 (444) 825-0198., e-mail address: javier@cactus.iico.uaslp.mx

Recibido el 21 de agosto de 2006
Aceptado el 28 de noviembre de 2006

Abstract

The main figure of merit for detectors whose output consists of an electrical signal that is proportional to the radiant signal power is the normalized detectivity D*, which is directly proportional to the signal-to-noise ratio (S N R). In order to have an accurate value for the signal-to-noise ratio of an optical detector, the noise level of the measurement system and the bias circuit should be small compared to the noise of the device under test. In this paper a low-noise setup to make noise measurements on optical detectors is analyzed and characterized for the specific case of an antenna-coupled microbolometer. The noise floor of the setup was calculated and measured at about 1.3 nV , which gives detector-noise-limited measurements for microbolometers with resistances as low as 200 Ω. This measurement setup was used to characterize the noise of a 200 Ω antenna-coupled microbolometer made out of chrome. Measurements showed two 1/ ƒ^k components in this particular device.

Keywords: Antenna-coupled detectors; microbolometers; noise measurements; optical detectors; amplifier design.

Resumen

El parámetro principal para caracterizar detectores cuya salida consiste en una señal eléctrica proporcional a la potencia luminosa incidente es la detectividad (D*), que depende directamente de la relación señal-ruido (S N R). Con el objeto de obtener un valor preciso para la relación señal-ruido de cualquier tipo de detectores ópticos, se debe cuidar que el nivel de ruido del sistema de medición y el circuito de polarización sean pequeños en comparación con el ruido del dispositivo que se está caracterizando. En este trabajo se presenta un sistema de caracterización con un nivel bajo de ruido que puede ser utilizado para analizar y caracterizar cualquier tipo de detectores ópticos. Este sistema fue probado específicamente en microbolómetros acoplados a antenas. El ruido del sistema fue medido en 1.3 nV/ lo que permite realizar mediciones en microboló metros con resistencias tan bajas como 200 Ω. Este sistema de medición fue utilizado para caracterizar el ruido de un microbolómetro de cromo acoplado a una antena y que presentaba una resistencia de 200 Ω. Las mediciones sobre este dispositivo en particular mostraron dos componentes 1/ ƒ^k en el espectro de ruido obtenido.

Descriptores: Detectores acoplados a antenas; microbolómetros; ruido electrónico; detectores ópticos; diseño de amplificadores.

PACS: 01.50.Kw; 07.50.Hp; 07.57.Kp

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Acknowledgments

F. J. González acknowledges the support of SEP, UASLP-FAI and CONACyT through grants PROMEP /103.5/04/1386, C05-FAI-10-20.41 and FMSLP-2005-C01-28, respectively.

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