信号噪声影响光学器件的4种方式

光学工程师把他们的设计工作集中在优化光学元件和图像分析以减少像差和其他不需要的图像畸变。然而，光学元件并不是光信号唯一会被扭曲的区域。光敏二极管，CCD和CMOS传感器可能是影响系统性能的不需要的信号(通常称为噪声)的来源。

这里有四种常见的噪声源在光电探测器包括CMOS和CCD成像仪。

黑暗噪音，黑暗电流。

理想情况下，当一个光子撞击半导体设备时，我们希望它能产生一个电子-空穴对，从而产生电流。有时，即使没有光子落在光电探测器上，我们也会有电流。这是为什么呢?原因有很多:半导体结构的不完善，量子力学导致的电子的随机行为，以及温度或设计不良的电子。暗电流在CMOS和ccd中特别烦人。

散粒噪声

当我们检测到光信号时，进入光电探测器的光子流量不是恒定的。你可以把它看作是光强度的变化。我们通常不在乎，因为每秒钟都有大量的光子撞击光电探测器。然而，当我们在光线很弱的条件下工作时，这些变化就变得很重要，因为我们检测到的信号值将到处跳跃。被检测信号从一个瞬间到下一个瞬间的变化称为散粒噪声。

热噪声

热噪声在通信系统中尤为重要。顾名思义，它是由半导体中的温度引起的。非零的温度导致电子移动，这种移动可以产生电流(它们有足够的能量进入传导带)并产生噪声信号。随着温度的升高，噪声变得更加相关，限制了传感器能够检测到的最小信号。在一些系统中，比如望远镜，我们的工作是处理极低的信号，有必要用液氮冷却半导体，以减少热噪声的存在。

1 / f噪声

这噪音很有趣。它取决于被检测信号的频率。频率越低，噪声越大。与我们目前所提到的其他噪音相比，它通常是非常低的。它可以在一些无源元件和放大系统中发现。

结论

这只是对我们在光电设备中遇到的一些最重要的噪声的一个快速概述。哪一个更相关取决于您的特定应用程序。虽然噪声是不可避免的，但它可以通过使用高质量的组件、良好的接地、有效的温度控制和良好的光学滤波等来控制和降低到可接受的水平。