Đềtéctơ - Quang học bằng Bán dẫn - Phần 2 doc

________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

251

IV. TIẾNG ỒN TRONG CÁC ĐỀTÉCTƠ QUANG HỌC BÁN DẪN
IV.1 Giới thiệu tổng quan
Khả năng để đo một tín hiệu quang học rất yếu luôn bị giới hạn bởi sự hiện diện của tiếng ồn trong quá trình
đo. Người ta định nghĩa ở đây thuật ngữ « tiếng ồn » (bruit/ noise) dùng để chỉ các thăng giáng ngẫu nhiên trong tín
hiệu điện do đềtéctơ quang học cung cấp. Tiếng ồn này luôn được thêm vào tín hiệu phải đo và do trong một quá
trình đo, chúng ta không thể loại bỏ hoàn toàn tiếng ồn, nên mục đích của ta là tìm cách tối đa hoá tỷ số tín hiệu so
với tiếng ồn. Chúng ta nhắc lại ở đây vài khái niệm thống kê của tiếng ồn trong các đềtéctơ quang học:
• Công suãt của tiếng ồn được biểu diễn bằng phương sai σ
2
các thăng giáng của đại lượng đo được (dòng quang
điện hay quang hiệu thế), chẳng hạn dòng điện ở đầu ra của đềtéctơ quang học :

[] []
dtii(t)
T
1
ii(t) ∆i i σ
2
T
0
2
22
B
2
i
∫

−=−===
(IV.1)
Trong đó
i là dòng điện trung bình và T là
thời gian tích phân của quá trình đo
(
temps d'intégration
/
integration
time
) hay là hằng số thời gian của tín hiệu điện cung cấp bởi đềtéctơ.
• Căn số bậc hai của phương sai hay còn được gọi là độ lệch chuẩn (écart-type/ standard deviation) (hay giá trị
hiệu dụng- valeur efficace/ root mean square – trong trường hợp của một tín hiệu quy tâm hay tín hiệu mà giá trị
trung bình bằng không) đặc trưng cho tiếng ồn của đại lượng đo :

[] []
dtii(t)
T
1
ii(t) i σ
2
T
0
2
Bi
∫
−=−== (IV.2)
• Trường hợp có nhiều nguồn tiếng ồn tồn tại cùng lúc trong quá trình đo tín hiệu quang, tiếng ồn toàn phần
trong quá trình đo được biểu thị bởi

1/2
n
1j
j
2
B
1/2
n
1j
j
2
Btotal
1/2
n
1j
2
jtotal
i ∆i i σ σ








=















==








=
∑∑∑
===
(IV.3)
• Việc đo tiếng ồn trong các đềtéctơ quang học thường được gắn liền với dải truyền qua đối với tín hiệu điện
trong hệ thống đo tín hiệu quang học, khi mà thông lượng các phôtôn tới được biến điệu theo thời gian. Trường hợp
đơn giản nhất là trường hợp mà hệ thống đo đáp ứng một cách đồng đều với mọi tần số biến điệu có giá trị giữa f
1

và f

2
; và ngoài khoảng tần số này không có đáp ứng của hệ thống (hay đáp ứng bằng không) : dải rộng truyền qua
như vậy bằng ∆f = f
2
– f
1
. Trong thực tế, đáp ứng đặc trưng của một đềtéctơ quang học thường phụ thuôc vào tần
số biến điệu. Nếu như đáp ứng của hệ thống đo tín hiệu quang học thay đổi một cách liên tục theo tần số biến điệu,
ta có thể khái quát hoá khái niệm dải truyền qua dối với tín hiệu điện theo định nghĩa sau đây:

∫
∞
ℜ
ℜ
=


0
2
max
df
(f)
∆f (IV.4)
Trong đó ℜ(f) = TF[R(t)] là đáp ứng tần số của hệ thống đo và R(t) là đáp ứng thời gian của cùng hệ đo, TF là biến
đổi Fourier. ℜ
max
là giá trị cực đại của ℜ(f).
• Trong một hệ thống đo mà người ta tích phân tín hiệu điện trong một khoảng
thời gian tích phân
T, với một

xung vào ở thời điểm t = -T/2, đáp ứng thời gian của hệ thống có dạng như sau :
ℜ(t) =













∉=
<<−ℜ=
2
T
,
2
T
- t 0,
2
T
t
2
T
,
0

Thì đáp ứng tần số của một hệ như vậy được viết :
fT
fT sin
dte
T
(f)
0
ft j2
T/2
T/2-
0
π
π
ℜ=
ℜ
=ℜ
π−
∫
(IV.5)
Dải truyền qua đối với tín hiệu điện do đó bằng :
2T
1
df
0
fT
fT sin
df
0
(f)

∆f
2

2

max

=






π
π
=
ℜ
ℜ
=
∫∫
∞∞
(IV.6)
Hệ thức này thiết lập quan hệ giữa thời gian tích phân của tín hiệu quang học và dải truyền qua đối với tín hiệu
điện của một hệ thống đo tín hiệu quang.
• Người ta cũng có thể biểu diễn tiếng ồn trong không gian tần số. Nếu quá trình ngẫu nhiên là quá trình écgôđíc
(ergodique/ ergodic) và dừng (stationnaire/ stationary), kỹ thuật biến đổi Fourrier là thích hợp để phân tích tiếng ồn.
Người ta định nghĩa phổ của công suất tiếng ồnhay là
mật độ phổ của công suất tiếng ồn
(

densité spectrale de
puissance du bruit
/
spectral density of noise
) đại lượng S
B
(f) : S
B
(f) = ττ
τπ
∞
∞
∫
d )e(C
f j2-
-
ii
(IV.7)
Trong đó C
ii
(τ) là hàm tự tương quan (autocorrélation/ autocorrelation) của dòng điện ngẫu nhiên i(t) định nghĩa
bằng : C
ii
(τ) =
∫
−
∞→
τ+
T/2
T/2

T
)dti(t)i(t
T
1
lim (IV.8)
________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

252
Người ta có thể chứng minh rằng (xem chẳng hạn trong [9]) : =
2
B
σ (f)df
∆f
0
S


B
∫
(IV.9)
Trong đó ∆f là dải truyền qua của quá trình đo tín hiệu quang. Biểu thức này thiết lập mối quan hệ giữa mật độ phổ
của công suất và phương sai của tiếng ồn.
Trong một quá trình đo tín hiệu quang, có tồn tại nhiều nguồn tiếng ồn khác nhau :
•
Tiếng ồn phôtôn
: đó là nguồn cơ bản nhất của các tiếng ồn tự thân (bruits inhérents/ inherent noise) trong
một quá trình đo tín hiệu quang. Tiếng ồn này được xem là cơ bản vì nó không xuất xứ từ các sai hỏng hay
thiếu sót của đềtéctơ quang học. Nguồn gốc của loại tiếng ồn này là ở trong các thăng giáng ngẫu nhiên của
thời gian tới (date d’occurrence) của các phôtôn trong vùng hoạt tính của đềtéctơ. Tiếng ồn này được cộng

thêm vào tín hiệu quang học cần đo (hình IV.1.a et b). Tiếng ồn phôtôn như vậy đến từ hai nguồn :
- Tiếng ồn do thăng giáng của các phôtôn trong tín hiệu quang tới.
- Tiếng ồn do thăng giáng của các phôtôn trong bức xạ phông (rayonnement de fond/ background
radiation), là bức xạ được thêm vào tín hiệu quang tới.
•
Tiếng ồn của các hạt quang điện tử
: Nguồn gốc của loại tiếng ồn này là ở trong các thăng giáng ngẫu nhiên
của dòng điện tạo cặp bên trong chất bán dẫn, trong quá trình đo tín hiệu quang. Thực thế, việc tạo cặp điện
tử lỗ trống (bằng kích thích quang hay nhiệt) không thể tạo ra được một dòng điện hoàn toàn không đổi bởi
vì bản chất các hạt tải điện là gián đoạn và bởi vì thời điểm mà chúng được sinh ra là ngẫu nhiên. Các thăng
giáng trong dòng điện bắt nguồn từ thăng giáng của mật độ các hạt tải điện trong chất bán dẫn. Tiếng ồn
này được gọi là
tiếng ồn do sự tạo cặp và tái hợp
.
•
Tiếng ồn của độ khuếch đại hay tiếng ồn do nhân điện
: Loại tiếng ồn này tồn tại trong đềtéctơ quang học có
quá trình tạo ra độ khuếch đại nội tại, như trong điốt quang dùng hiệu ứng nhân điện. Quá trình khuếch đại
dòng quang điện do hiệu ứng ion hoá bằng va chạm các nguyên tử là một quá trình ngẫu nhiên. Quá trình
này làm cộng thêm khá nhiều tiếng ồn cho dòng quang điện thu được.
•
Tiếng ồn của mạch điện
: Đó chính là
tiếng ồn nhiệt
hay tiếng ồn Johnson (hay còn gọi là tiếng ồn Nyquist) có
nguồn gốc từ chuyển động nhiệt của các hạt tải điện trong một điện trở. Tiếng ồn này liên quan đến các
thăng giáng ngẫu nhiên của dòng điện do chuyển động nhiệt trong đềtéctơ.
•
Tiếng ồn 1/f
: Cơ chế vận hành của loại tiếng ồn này không được hiểu biết rõ, dù vậy tiếng ồn này tồn tại

trong mọi quá trình đo tín hiệu quang. Nó được gọi là tiếng ồn 1/f bởi vì công suất của tiếng ồn này giảm
nhanh theo tần số f, tần số mà ở đó tín hiệu được đo.


Hình IV.1 : Nhiều nguồn tiếng ồn khác nhau của quá trình đo tín hiệu quang: (a) trong một điốt quang (không có độ khuếch đại) và
(b) trong một đềtéctơ quang học có khuếch đại (đềtéctơ quang dẫn điện hay đềtéctơ quang nhân điện) (theo [9])

Hình IV.1.a biểu diễn trường hợp của một đềtéctơ quang học không có khuếch đại (điốt quang). Tín hiệu quang
học ở đầu vào có tiếng ồn tự thân : tiếng ồn phôtôn. Hiệu ứng phôtôníc của đềtéctơ làm chuyển đổi các phôtôn tới
thành các hạt quang tải điện. Trong quá trình này, tín hiệu quang trung bình bị giảm theo hệ số nhân η (hiệu suất
lượng tử), tiêng ồn, về phần mình cũng bị giảm nhưng ít hơn tín hiệu tới. Tín hiệu được đo, ngoài tiếng ồn của các
hạt quang tải điện, còn bị cộng thêm tiếng ồn của mạch điện (bao gồm tiếng ồn nhiệt và tiếng ồn 1/f). Nếu trong
quá trình đo có tồn tại một độ khuếch đại (hệ số khuếch đại g trong đềtéctơ quang dẫn điện hay hệ số nhân điện M
trong điốt quang nhân điện), cả tín hiệu quang tới lẫn tiếng ồn đều được khuếch đại như trình bày trên hình IV.1.b.
Hơn thế nữa, độ khuếch đại còn cộng thêm vào tín hiệu quang tiếng ồn riêng của nó : đó là tiếng ồn do khuếch đại
hay tiếng ồn do nhân điện. Tiếng ồn của mạch điện được đưa vào ở điểm thu hoạch của dòng điện ra.
Cần lưu ý rằng mạch điện tử đặt sau đềtéctơ quang học (bộ tích phân, bộ biến đổi dòng điện-hiệu thế…) còn làm
cộng thêm tiếng ồn riêng của mạch điện tử này vào tín hiệu cuối cùng. Đó là tiếng ồn nhiệt, tiếng ôn do sự tạo cặp
và tái hợp (có nguồn gốc chuyển động nhiệt hay điện), tiếng ồn 1/f. Hiệu năng của một quá trình đo tín hiệu quang
________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

253
được đặc trưng bằng
tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn
(S/B –
rapport signal à bruit/ signal to noise ratio
) được định nghĩa
bằng tỷ số:
BB

v
v
i
i
B
S
== (IV.10)
Chú ý rằng còn có môt cách biểu diễn khác tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn: tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn theo công
suất được định ngĩa bằng tỷ số giữa tín hiệu đo bằng công suất và công suất của tiếng ồn, nghĩa là :

2
B
2
2
B
2
2
2
P
v
v

i
i

i

B
S
==

σ
=






(IV.11)
Người ta cũng biểu diễn tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn bằng décibel (dB) :

P
B
S
10log )
B
S
20log( (dB)
Bruit
Signal






==
(IV.12)
IV.2 Các nguồn tiếng ồn
IV.2.1 Tiếng ồn phôtôn

Tiếng ồn phôtôn là do các thăng giáng ngẫu nhiên tự thân của các phôtôn chứa trong thông lượng tới. Gọi
P
inc
là công suất trung bình của tín hiệu quang tới, thì thông lượng trung bình các phôtôn được viết là Φ = P
inc
/(hν)
(photons/s). Số n phôtôn tới trong quãng thời gian tích phân T bị thăng giáng theo một quy luật xác suất và quy luật
này phụ thuộc vào bản chất vật lý của nguồn bức xạ. Số phôtôn tới trung bình bằng :
T n Φ=
. Đối với các bức xạ
phát ra từ một nguồn laser hay một nguồn bức xạ nhiệt mà độ rộng của vạch phổ bức xạ là rất lớn so với 1/T, sự
phân bố xác suất của số phôtôn tới tuân theo định luật Poisson :

0,1,2, n ,
n!
)nexp(n
p(n)
n
=
−
= (IV.13)
p(n) là xác suất đo được n phôtôn. Trong quá trình này, giữa các phôtôn tới không có tồn tại một tương quan thời
gian nào. Chúng ta lưu ý rằng định luật phân bố xác suất này không phải là định luật phân bố duy nhất của thông
lượng phôtôn tới. Phương sai của phân bố này là :
nσ
2
n
= (IV.14)
từ đó suy ra độ lệch chuẩn hay là
tiếng ồn phôtôn

: σ
n
=
n
(IV.15)
Như vậy tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn của thông lượng phôtôn tới là :
n
B
S
= (IV.16)
Trong quá trình đo tín hiệu quang, các phôtôn tới được chuyển đổi thành các hạt quang tải điện bằng hiệu ứng
phôtônic với hiệu suất lượng tử η. Thông lượng trung bình các phôton tới Φ (photons/s) do đó tạo ra thông luợng
trung bình các hạt quang tải diện bằng ηΦ (photoélectrons/s). Số m các hạt quang tải điện đo được trong quãng
thời gian tích phân T là một số ngẫu nhiên mà giá trị trung bình của nó bằng :
n m η=
.
Như vậy các thăng giáng ngẫu nhiên trong thông lượng phôtôn tới được chuyển đổi thành các thăng giáng ngẫu
nhiên của các hạt quang tải điện bằng cơ chế đo tín hiệu quang của đềtéctơ quang học. Nếu sự phân bố xác suất
các phôtôn tới tuân theo định luật Poisson, thì sự phân bố xác suất của các hạt quang tải điện cũng tuân theo định
luật này.
Do vậy mà phương sai của phân bố xác suất các hạt quang tải điện được viết :
n m σ
2
m
η==
Và tiếng ồn các hạt quang tải điện là :
nσ
m
η= (IV.17)

Hình IV.2 : Dòng quang điện, do một đềtéctơ quang học cung cấp, được hình thành bởi sự chồng chất các xung điện mà mỗi xung
tương ứng với một phôtôn tới đươc đo. Ở trên sơ đồ này, mỗi xung được trình bày bằng một dạng hàm mũ, nhưng trong thực tế,
xung điện có thể có dạng bất kỳ (d’après [9]).

Mỗi hạt quang tải điện tạo ra trong mạch ngoài một xung điện có độ rộng τ và một điện tích q = e ; điện tích này
chính bằng diện tích đo được dưới đường biểu diễn của xung điện (hình IV.2). Như vậy một thông lượng phôtôn tới
tạo ra một thông lượng các xung điện ở mạch ngoài. Và tổng hợp các xung điện này hình thành dòng điện tức thời ở
mạch ngoài. Trong trường hợp mà phân bố xác suất các phôtôn tới tuân theo định luật Poisson thì tiếng ồn của dòng
________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

254
quang điện này được gọi là
tiếng ồn Schottky
(còn gọi là
tiếng ồn "lạo xạo"
-
bruit de grenaille
/
shot noise
)
¤
, vì
công thức tính toán loại tiếng ồn này được Schottky đề nghị lần đầu tiên (xem chú thích cuối trang bên cạnh).
Dòng quang điện trung bình trong trường hợp này được viết :

T
em
i = . Dòng quang điện tức thời là :

T
me
i =
.
Phương sai của dòng quang điện do đó là:
()
()
2
m
2
2
2
2
2
2
2
2
B
2
B
σ
T
e
m - m
T
e

T
em

-
T
me
i - i i σ ==








=== .
Thế mà chúng ta đã có :
m σ
2
m
= . Như vậy
‡
: ∆fi2e
T
ie

T
me
i
2
2
2
B

=== (IV.18)
Tiếng ồn Schottky của dòng quang điện được xác định bởi :
∆fi2e i
B
= (IV.19)
IV.2.2 Tiếng ồn do sự tạo cặp và tái hợp
Tiếng ồn do tạo cặp và tái hợp có nguồn gốc trong sự thăng giáng ngẫu nhiên của hiện tượng tạo cặp điện
tử-lỗ trống (bằng kích thích quang học hay do chuyển động nhiệt) và hiện tượng tái hợp, nghĩa là trong sự thăng
giáng của mật độ các hạt tải điện tự do trong chất bán dẫn. Để cho sự thăng giáng mật độ hạt tải điện này có thể
tạo ra sự thăng giáng của dòng quang điện, vận tốc trung bình của các hạt tải điện tự do cần phải khác không.
Như
vậy, tiếng ồn do tạo cặp và tái hợp chỉ tồn tại khi mà dòng điện trung bình trong chất bán dẫn khác không
. Điều này
đòi hỏi phải có hiện diện của một điện trường trong chất bán dẫn (đềtéctơ quang dẫn điện, điốt quang dưới phân
cực ngược).
Các tính toán của loại tiếng ồn này [1] chỉ ra rằng nếu thời gian sống trung bình của các hạt quang tải điện
là
τ , hệ số khuếch đại của đềtéctơ quang học là g (như hệ số khuếch đại định nghĩa trong trường hợp quang dẫn
điện g =
t
τ
τ
; τ là thời gian sống của các hạt quang tải điệnvà τ
t
là thời gian di chuyển các hạt quang tải điện trong
điện trường), thì công suất tiếng ồn do tạo cặp và tái hợp được biểu thị bởi :
∆fi2eg σ
2
2
2

B
τ
τ
=
(IV.20)
Như vậy tiếng ồn do tạo cặp và tái hợp là :
∆fi2eg i
2
2
B
τ
τ
= (IV.21)
IV.2.3 Tiếng ồn do nhân điện


Hình IV.3 : Hệ số nhân điện trong quá trình nhân điện do hiệu ứng ion hoá bởi va chạm cũng là một đại lượng ngẫu
nhiên. Sự thăng giáng ngẫu nhiên này là nguồn gốc của tiếng ồn do hiệu ứng nhân điện (theo [9])
Trong các điốt quang bán dẫn dùng hiệu ứng nhân điện, dòng điện tạo cặp được khuếch đại bởi hiệu ứng ion
hoá các nguyên tử bằng va chạm. Dòng điện này cũng tạo ra tiếng ồn và hiệu ứng khuếch đại trong điốt quang làm
nhân lên tiếng ồn này. Thế nhưng quá trình nhân điện bằng cơ chế ion hoá bởi va chạm các nguyên tử, bản thân nó
cũng là một quá trình ngẫu nhiên (hình IV.3) và quá trình này làm cộng thêm rất nhiều tiếng ồn cho dòng quang

¤
Nhắc lại rằng tiếng ồn phôtôn không nhất thiết đồng nhất với tiếng ồn Schottky (của dòng quang điện trong trường hợp trên), bởi
vì sự phân bố xác suất của thông lượng phôtôn tới không nhất thiết chỉ tuân theo định luật Poisson (trong những trường hợp khác,
sự phân bố này có thể tuân theo định luật Bose-Einstein, hay ngay cả một định luật phân bố kết hợp giữa định luật Poisson và định
luật Gauss). Hơn nữa, tiếng ồn Schottky không phải là thuộc tính độc quyền của các hạt quang tải điện, tiếng ồn này cũng tồn tại
đối với cơ chế bức xạ nhiệt các điện tử khi mà sự phân bố các điện tử nóng này tuân theo định luật Poisson.

‡
Công thức này được đề nghị lần đầu tiên bởi Schottky [W. Schottky,
Ann. Phys.
(
Leipzig
) 57, 541, 1918
________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

255
điện cung cấp bởi điốt quang nhân điện. Tính toán của loại tiếng ồn này [1] cho thấy rằng công suất tiếng ồn do
nhân điện được viết:
∆f
M
LM)LM)(1(1
Mi2ei
pn
2
B
α+α+
= (IV.22)
Trong đó M là hệ số thác điện tử hay hệ số nhân điện, L là độ dài của vùng nhân điện, α
n
là hệ số nhân điện của
điện tử và α
p
là hệ số nhân điện của lỗ trống. Ta có thể viết : fMF(M)i2ei
2
B
∆= (IV.23)

với
M
LM)LM)(1(1
F(M)
pn
α+α+
=
(IV.24)
Đại lượng F(M) được gọi là
hệ số tiếng ồn do nhân điện
biểu diễn tiếng ồn cộng thêm do hiệu ứng nhân điện.
Tiếng ồn do hiệu ứng nhân điện do đó bằng:
fMF(M)i2e ∆f
M
LM)LM)(1(1
Mi2e i
pn
B
∆=
α+α+
= (IV.25)
Như vậy, tiếng ồn do nhân điện được hợp thành từ tiếng ồn do tạo cặp 2e
i ∆f được khuếch đại bởi hệ số nhân
điện M (hệ số này giữ vai trò như hệ số khuếch đại g trong trường hợp quang dẫn điện) và bởi hệ số tiếng ồn do
nhân điện F(M).

IV.2.4 Tiếng ồn nhiệt
Tiếng ồn nhiệt hay tiếng ồn Johnson
§
(hay còn gọi là tiếng ồn Nyquist

**
) là do thăng giáng ngẫu nhiên trong
chuyển động nhiệt của cá hạt tải điện trong các điện trở của mạch điện ở nhiệt độ T. Chuyển động nhiệt của các hạt
tải điện tạo ra một dòng điện ngẫu nhiên trong vật liệu, ngay cả trong trường hợp không có điện trường ngoài. Như
vậy, dòng điện chuyển động nhiệt trong một điện trở R là một dòng diện ngẫu nhiên mà giá trị trung bình bằng
không :
0 i(t) =
. Phương sai của dòng điện
222
B
i)i(iσ =−=
tăng theo nhiệt độ T. Ta có thể tính tiếng ồn nhiệt tạo
ra bởi một điện trở R ở nhiệt độ T, bằng cách tính mật độ phổ của công suất tiếng ồn nhiệt S
B
(f).
Công suất điện tiêu thụ bởi một dòng điện i(t) chạy qua điện trở R là :
(f)Rdf
f
0
S Rσ Ri
B
2
B
2
∫
∆
==
. Như vậy, số
hạng S
B

(f) × R biểu diễn mật độ phổ của công suất điện tiêu thụ (trên một đơn vị tần số - Hz) bởi dòng điện ngẫu
nhiên của tiếng ồn chạy qua điện trở R. Ta có thể xem rằng công suất điện tiêu thụ bởi tiếng ồn nhiệt bằng với công
suất bức xạ một chiều của môt vật đen (corps noir/ black-body) trong trạng thái cân bằng nhiệt ở nhiệt độ T. Cho dù
sự phân bố của vận tốc chuyển động nhiệt các hạt tải điện trong điện trở R là ngẫu nhiên và đẳng hướng, chỉ có các
chuyển động theo phương của dòng điện trong mạch mới đóng góp vào tiếng ồn nhiệt. Vì lý do đó mà ta có thể xem
bức xạ của vật đen là bức xạ một chiều. Tính toán thống kê cho bức xạ một chiều của vật đen [10] cho biết mật độ
phổ công suất (trên một đơn vị tần số) của bức xạ là:
1 T)exp(hf/k
hf
4
df
dP
B
−
= ; trong đó h là hằng số Planck và k
B
là
hằng số Boltzmann.
Như vậy ta có : S
B
(f) =
1T)exp(hf/k
hf

R
4
B
−
(IV.26)
Phương sai của tiếng ồn nhiệt bằng :

(f)df
f
0
Sσ
B
2
B
∫
∆
=

Trong vùng phổ mà tần số f << k
B
T/h (đó là vùng phổ tần số mà tất cả các đềtéctơ quang học vận hành, vì lẽ ta có
k
B
T/h = 6,25 THz ở nhiệt độ thường), ta có: exp(hf/k
B
T) ≈ 1 + hf/k
B
T, điều này dẫn đến S
B
(f) ≈
R
T4k
B
.
Từ đó ta suy ra :
R
fT4k

iσ
B
2
B
2
B
∆
==
(IV.27)
Như vậy tiếng ồn nhiệt trong điện trở R bằng với :
R
fT4k
i
B
B
∆
=
(IV.28)
IV.2.5 Tiếng ồn 1/f
Có tồn tại một nguồn tiếng ồn mà cơ chế không được hiểu biết rõ. Tiếng ồn này được đặc trưng bằng sự
giảm biên độ của phương sai theo một quy luật gần đúng 1/f, với f là tần số ở đó tiếng ồn được đo. Vì lý do đó mà
loại tiếng ồn này được gọi tên là tiếng ồn 1/f. Biểu thức thực nghiệm của phương sai tiếng ồn này được viết :

β
α
=
f
∆fBi
i
DC

2
B
(IV.29)
Trong đó B một hằng số phụ thuộc vào loại đềtéctơ quang học được sử dụng ; i
DC
là dòng điện một chiều chảy qua
đềtéctơ quang học (nghĩa là dòng điện được biến điệu (dòng điện AC) không đóng góp vào tiếng ồn 1/f) ; α: có giá
trị tiêu biểu là 2, nhưng giá trị đo được thay đổi trong quãng 1,5 - 4 ; β: giá trị tiêu biểu là 1, nhưng giá trị đo được
thay đổi trong quãng 0,8 – 1,5.

§
Hiện tượng này được tìm thấy bằng thực nghiệm lần đầu tiên bởi Johnson [J.B. Johnson,
Phys. Rev
., 32, 110, 1928]
**
Tính toán lý thuyết của tiếng ồn này được công bố lần đầu tiên bởi Nyquist [H. Nyquist,
Phys. Rev
., 32, 110, 1928]
________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

256
Bởi vì thành phần được biến điệu của dòng quang điện không đóng góp vào loại tiếng ồn 1/f, ta có thể loại bỏ
tiếng ồn này trong quá trình đo bằng cách làm biến điệu tín hiệu quang tới và lọc bỏ thành phần không đổi (hay
dòng điện một chiều), chẳng hạn bằng phép dò đồng bộ (détection synchrone/ lock-in amplification). Như vậy tiếng
ồn 1/f được viết là :
β
α
=
f

∆fBi
i
DC
B
(IV.30)



Hình IV.4 : Đường biểu diễn phổ của công suất tiếng ồn trong đềtéctơ quang học bán dẫn.

Phổ của công suất tiếng ồn trong đềtéctơ quang học bán dẫn (tiếng ồn do tạo cặp và tái hợp, tiếng ồn nhiệt và
tiếng ồn 1/f) được biểu diễn trên hình IV.4. Trong đường biểu diễn phổ này ta thấy rằng tiếng ồn do tạo cặp và tái
hợp cũng như tiếng ồn nhiệt là các tiếng ồn trắng (bruits blancs/ white noises).
IV.3 Độ nhạy đặc trưng
Mọi đềtéctơ quang học đều tạo ra tiếng ồn và tiếng ồn này cộng thêm vào tín hiệu cần đo. Do vậy, mục đích của
chúng ta không phải là chỉ đi tìm riêng tín hiệu (dòng quang điện i
S
chẳng hạn) mà là tách tín hiệu cần đo ra khỏi
tiếng ồn (dòng điện tiếng ồn i
B
chẳng hạn). Đo một tín hiệu, như vậy, là tìm cách thu được một tỷ số tín hiệu trên
tiếng ồn
iB
S
σ
i
i
i
B
S

==
lớn nhất có thể thu được.
IV.3.1 Độ nhạy đặc trưng của đềtéctơ quang học
Trong một quá trình đo tín hiệu quang nói chung, một tín hiệu i
S
(đo bằng A) là tích số của đáp ứng ℜ (đo
bằng A/W) với công suất của tín hiệu quang P
inc
(đo bằng W, P
inc
= Φhν) : i
S
= ℜP
inc
= ℜΦhν. Tỷ số tín hiệu trên
tiếng ồn được viết là :
B
inc
i
P
B
S
ℜ
= (IV.31)

Công suất tối thiểu đo được của tín hiệu quang tới (puissance incidente minimale détectable)
là công suất tạo ra
tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn bằng 1. Đó chính là
công suất tương đương của tiếng ồn
hay NEP (viết tắt của chữ Noise

Equivalent Power) được xác định bởi : NEP =
ℜ
B
i
(IV.32)
Với các đêtéctơ quang học bán dẫn, dòng điện tiếng ồn i
B
được viết dưới dạng:
∆fKeAJi
dB
=
(IV.33)
Trong đó K là một hằng số (K = 2 trong trường hợp các đềtéctơ quang học dùng bộ tiếp giáp và K = 4 trong trường
hợp đềtéctơ quang dẫn điện với hệ số khuếch đại g). A là diện tích của đềtéctơ và J
d
là mật độ dòng điện trung bình
chảy qua đềtéctơ. ∆f là dải truyền qua của đềtéctơ.
Như vậy ta có : NEP =
ℜ
∆fKeAJ
d
(IV.34)
Biểu thức (IV.34) cho thấy rằng hiệu năng của đềtéctơ quang học biểu thị bằng đại lượng NEP phụ thuộc vào dải
truyền qua cũng như diện tích bề mặt cảm quang của đềtéctơ. Chúng ta không thể so sánh các loại đềtéctơ quang
học có dải truyền qua và diện tích bề mặt cảm quang khác nhau. Do đó, người ta định nghĩa một đại lượng mới,
phản ánh tính tự thân của đềtéctơ, và không phụ thuộc vào dải truyền qua cũng như diện tích bề mặt cảm quang
của linh kiện. Đại lượng này cho phép so sánh các đềtéctơ quang học chế tạo bằng các công nghệ khác nhau. Người
ta định nghĩa
độ nhạy đặc trưng

D*
là đại lượng sau đây :
D* =
NEP
fA∆
(mesurée en cm.Hz
1/2
.W
-1
) (IV.35)
Hay là : D* =






∆
=
ℜ
B
S
P
fA
KeJ
inc
d
(IV.36)
Lưu ý rằng độ nhạy đặc trưng D* là một hàm số của bước sóng λ: D* =D*(λ), bởi vì đáp ứng phổ của đềtéctơ
quang học là một hàm số của bước sóng (ℜ= ℜ(λ)).

________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

257
IV.3.2 Độ nhạy đặc trưng của dềtéctơ quang dẫn điện
Công suất tiếng ồn toàn phần do đềtéctơ tạo ra là tổng số của các công suất tiếng ồn khác nhau:

2
1/f
2
GR
2
R
2
B
i i i i ++= (IV.37)
Trong đó i
R
biểu thị tiếng ồn nhiệt ; i
GR
biểu thị tiếng ồn do tạo cặp và tái hợp ; i
1/f
là tiếng ồn 1/f.
-
Tiếng ồn nhiệt
: Nếu R
d
là điện trở, T

d
là nhiệt độ và ∆f là dải truyền qua của đềtéctơ quang học, tiếng ồn nhiệt
được viết :
d
B
2
R
R
fT4k
i
∆
=
. Nếu đềtéctơ quang dẫn điện được phân cực theo sơ đồ mạch điện trình bày trên hình
III.2, với điện trở phụ tải R
L
ở nhiệt độ T
L
; Tiếng ồn nhiệt tổng cộng của hệ thống sẽ là :









+∆=
L
L

d
d
B
2
total R
R
T

R
T
f4ki (IV.38)
-
Tiếng ồn do tạo cặp và tái hợp
: Với đềtéctơ quang dẫn điện, người ta tính được [1] rằng tiếng ồn này bằng:
=
2
GR
i
4eg i ∆f ; trong đó i là dòng điện trung bình chảy qua đềtéctơ bao gồm dòng quang điện i
ph
và dòng điện
trong tối i
O
. Ta có :
ν
+η
=
h
)Pge(P
i

FS
ph
; trong đó P
S
là công suất quang của tín hiệu tới và P
F
là công suất quang của
bức xạ phông. Và :
d
d
O
R
V
i = ; trong đó V
d
là hiệu thế phân cực và R
d
là điện trở của đềtéctơ quang dẫn điện ở trong
tối. Như vậy, tiếng ồn do tạo cặp và tái hợp được viết là:
d
dFS
22
2
GR
R
∆f4egV
h
f)P(Peg 4
i +
ν

∆+η
= (IV.39)
-
Tiếng ồn 1/f
: Tiếng ồn này chỉ liên hệ đến dòng điện không đổi và nó sẽ biến mất ở tần số cao:
f
∆fBi
i
2
DC
2
1/f
= ;
trong đó B là một hằng số tỷ lệ ; i
DC
là thành phần không đổi của dòng điện chảy qua đềtéctơ quang dẩn điện, f là
tần số biến điệu của thông lượng quang tới. Tiếng ồn 1/f không phải là giới hạn cơ bản của đêtéctơ quang học.
Trong quá trình đo tín hiệu quang, ta luôn có thể loại bỏ loại tiếng ồn này, chẳng hạn bằng ccách dùng phép dò
đồng bộ (détection synchrone/ lock-in amplification).
-
Tiếng ồn toàn phần
của đềtéctơ quang dẫn điện được viết là :

f
∆fBi
R
∆f4egV
hν
f)P(Peg 4
R

fT4k
i
2
DC
d
dFS
22
d
B
2
B
++
∆+η
+
∆
= (IV.40)
Nếu tiếng ồn 1/f là không đáng kể, thì ta có:
∆f
hν
)P(Peg 4
gV
e
Tk
R
4e
i
FS
22
d
B

d
2
B








+η
+






+=



Hình IV.6 : Độ nhạy đặc trưng D* của vài đềtéctơ quang dẫn điện ; trên mỗi đường biểu diễn D*(λ) có ghi nhiệt độ
vận hành của đềtéctơ, độ nhạy đặc trưng được đo ở nhiệt độ này (theo [6]).

________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

258

Ngay khi mà hiệu thế phân cực lớn hơn giá trị k
B
T/e (khoảng 26 mV ở nhiệt độ thường), ta có thể viết :

∆f
hν
)P(Peg 4
R
4egV
i
FS
22
d
d
2
B








+η
+≈

Như vậy tiếng ồn trong đềtéctơ quang dẫn điện là :
∆fieg2 ∆f
hν

)P(Peg
R
egV
2 i
FS
22
d
d
B
=








+η
+= (IV.41)
Tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn được viết là:
∆fi2h
egP

∆fieg2
h
egP

∆fieg2
P

B
S
S
S
S
ν
η
=
ν
η
=
ℜ
= (IV.42)
Như vậy, công suất tương đương của tiếng ồn là : NEP =
ℜ
∆fieg2

Ta suy ra độ nhạy đặc trưng của đềtécttơ quang dẫn điện : D*(λ) =
J2h
eg

egJ2
NEP
fA
ν
η
=
ℜ
=
∆

(IV.43)
Trong đó J là
dòng điện trung bình chảy giữa hai điện cực chia cho diện tích cảm quang A của đềtéctơ quang dẫn
điện
hay nói cách khác là
mật độ

dòng điện trung bình chảy giữa hai điện cực chuẩn hoá trên diện tích cảm quang A
của đềtéctơ quang dẫn điện
(nhắc lại là phương của dòng điện
i
thẳng góc với phương truyền của thông lượng
phôtôn tới trong một dềtéctơ quang dẫn điện).
IV.3.3 Độ nhạy đặc trưng của điốt quang p-i-n
Công suất tiếng ồn toàn phần do đềtéctơ tạo ra được viết :
2
1/f
2
G
2
R
2
B
i i i i ++= ; trong đó i
R
là tiếng ồn nhiệt ; i
G
là
tiếng ồn do tạo cặp và
không có tái hợp

; i
1/f
là tiếng ồn 1/f.
-
Tiếng ồn nhiệt
và
tiếng ồn 1/f
có cùng biểu thức như trong trường hợp đềtéctơ quang dẫn điện ở trên.
-
Tiếng ồn do tạo cặp mà không có tái hợp
tương ứng với trường hợp của điốt quang p-i-n được viết [1] là : = i
2
G

2e
i
∆f ; trong đó
i
là dòng điện trung bình chảy qua điốt quang, ∆f là dải truyền qua của đềtéctơ. Dòng điện trung
bình bao gồm dòng quang điện và dòng điện trong tối. Chú ý rằng sự đóng góp vào tiếng ồn của dòng điện trong tối
là hoàn toàn độc lập với dóng góp của dòng quang điện.
- Về phần đóng góp vào tiếng ồn do tạo cặp của dòng điện trong tối, ta có sự đóng góp tổng cộng của 4 dòng điện
tạo thành dòng điện trong tối của điốt quang. Mỗi dòng điện này góp thêm phần tiếng ồn của nó vào tiếng ồn của
dòng điện trong tối. Do đó, ta có :
f)iii2e(ii
pdiffgpndiffgn
2
Gobsc
∆+++= ; trong đó i
gn

và i
ndiff
lần lượt là dòng điện tạo
cặp và dòng điện khuếch tán của điện tử ; i
gp
và i
pdiff
lần lượt là dòng điện tạo cặp và dòng điện khuếch tán của lỗ
trống. Dùng biểu thức xác định dòng điện bão hoà i
sat
của điốt quang (
xem mục §III.3.1, tính toán dòng điện trong
tối
), ta thu được :
f1)(e2eii
T/keV
sat
2
Gobsc
Bapp
∆+=
(IV.44)
Trong đó V
app
là hiệu thế phân cực của điốt quang. Mật độ dòng điện bão hoà được xác định bởi (II.15). Và phần
đóng góp của dòng quang điện vào tiếng ồn được viết :
∆f
h
PP
2

2e∆f
h
eP
2ei
FSinc
2
Gph






ν
+
η=






ν
η
=
; trong đó η là hiệu
suất lượng tử của đềtéctơ quang học, P
S
là công suất quang của tín hiệu tới, P
F

là công suất quang của bức xạ
phông. Tiếng ồn tổng cộng do tạo cặp được viết là :

f
h
)Pe(P
1)(ei 2e i i i
FS
T/keV
sat
2
Gph
2
Gobsc
2
G
Bapp
∆






ν
+η
++=+= (IV.45)
Kết quả này cho thấy rằng tiếng ồn do tạo cặp sẽ được giảm nếu ta phân cực ngược điốt quang với hiệu thế cao,
vì rằng phần đóng góp của dòng điện trong tối sẽ bị hạn chế bởi sự tăng cao rào thế năng của bộ tiếp giáp. Tuy
nhiên, trong thực tế, sự cải thiện này khó có khả năng được thực hiện, bởi vì trong các điốt quang được sử dụng, khi

tăng hiệu thế phân cực ngược sẽ làm xuất hiện tiếng ồn phụ khác. Loại tiếng ồn này được giả định là tiếng ồn 1/f
tạo ra bởi dòng điện rò trong điốt quang. Như vậy, tiếng ồn toàn phần trong điốt quang là :

2
1
2
DCFS
T/keV
sat
B
B
f
∆fBi
f
h
)Pe(P
1)(ei 2e
R
fT4k
i
Bapp








+∆







ν
+η
+++
∆
=
(IV.46)
Tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn được viết :

2
1
2
DCFS
T/keV
sat
B
S
f
∆fBi
f
h
)Pe(P
1)(ei 2e
R
fT4k

h
eP

B
S
Bapp








+∆






ν
+η
+++
∆
ν
η
= (IV.47)
________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

259
Nếu tiếng ồn 1/f là không đáng kể, thì tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn trở thành:

2
1
FS
T/keV
sat
B
S
f
h
)Pe(P
1)(ei 2e
R
fT4k
h
eP

B
S
Bapp









∆






ν
+η
+++
∆
ν
η
= (IV.48)
Công suất tương đương của tiếng ồn (NEP) được biểu diễn dưới dạng :
NEP
=
ℜ
∆






ν
+η
+++
∆

f
h
)Pe(P
1)(ei 2e
R
fT4k
FS
T/keV
sat
B
Bapp

Từ đó ta suy ra độ nhạy đặc trưng của điốt quang:
D*(λ) =

hc
)P(Pe
1)(ei 2e
R
T4k
h
Ae
FS
T/keV
sat
B
Bapp







+λη
+++ν
η
(IV.49)
Trong đó A là diện tích bề mặt cảm quang của đềtéctơ.


Hình IV.7 : Độ nhạy đặc trưng D* của vài đềtéctơ quang học dùng bộ tiếp giáp;
nhiệt độ vận hành của đềtéctơ được ghi cạnh bên đường biểu diễn (d'après [6])
Nếu tiếng ồn nhiệt là không đáng kể so với tiếng ồn tạo cặp, ta có :
D*(λ) =






+λη
++ν
η
hc
)EE(e
1)(eJ2h
e
FS
T/keV
sat

Bapp

Trong đó
A
P
E
S
S
= et
A
P
E
F
S
= lần lượt là độ rọi quang học trên bề mặt cảm quang của đềtéctơ (giả thiết rằng
phương chiếu sáng là thẳng góc với bề mặt của đềtéctơ) của tín hiệu quang tới và của bức xạ phông.

Nếu ta viết biểu thức của J
sat
vào biểu thức của D*, ta được :
D*(λ) =






+ηλ
++ν
η

−
hc
)E(E
1)(eKe2h
FS
T/keV
T/k
g
E
Bapp
B
(IV.50)
________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

260
Trong đó
D
VC
p
p
N
NN
τ
D
K = . Khi hiệu thế phân cực bằng không (V
app
= 0), ta có :
D*(λ) =







+ηλ
+ν
η
−
hc
)E(E
2Ke2h
FS
T/k
g
E
B
(IV.51)
Biểu thức này cho thấy rằng độ nhạy đặc trưng của điốt quang biến đổi nghịch với hàm mũ của (-E
g
/k
B
T), điều
đó cho thấy lợi ích của việc vận hành điốt quang ở nhiệt độ thấp.
IV.3.4 Độ nhạy đặc trưng của điốt quang dùng hiệu ứng nhân điện
Trong điốt quang dùng hiệu ứng nhân điện, ta có đóng góp của tất cả các loại tiềng ồn như trong trường hợp
điốt quang p-i-n ; nhưng ở đây tiếng ồn do tạo cặp phải được thay bằng biểu thức (IV.25):

fFM)i i2e( fMFi2e i
2

obsph
2
G
∆+=∆=
Như vậy ta có:
fFM
h
)Pe(P
1)(ei2e fFM)i i2e( i
2
FS
T/keV
sat
2
obsph
2
G
Bapp
∆






ν
+η
++=∆+= .
Tiếng ồn toàn phần trong trường hợp này được viết :

2
1
2
DC
2
FS
T/keV
sat
B
B
f
∆fBi
fFM
h
)Pe(P
1)(ei 2e
R
fT4k
i
Bapp








+∆







ν
+η
+++
∆
=
(IV.52)
Và tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn là:

2
1
2
DC
2
FS
T/keV
sat
B
S
f
∆fBi
f FM
h
)Pe(P
1)(ei 2e
R

fT4k
h
MeP

B
S
Bapp








+∆






ν
+η
+++
∆
ν
η
= (IV.53)
Nếu tiếng ồn 1/f là không đáng kể, tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn trở thành :

2
1
2
FS
T/keV
sat
B
S
f FM
h
)Pe(P
1)(ei 2e
R
fT4k
h
MeP

B
S
Bapp








∆







ν
+η
+++
∆
ν
η
=
(IV.54)


Hình IV.4 : Biến đổi của tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn (S/B) theo thông lượng phôtôn tới của điốt
quang và điốt quang nhân điện có diện tích cảm quang 1mm
2
và dải truyền qua 50Hz (theo [1])


Hình IV.4 biểu diễn biến đổi của tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn của một điốt quang và của một điốt quang nhân điện
có cùng diện tích cảm quang và cùng dải truyền qua. Ta nhận thấy rằng, trong điều kiện chiếu sáng yếu (Φ < 10
12

photons/cm
2
), điốt quang nhân điện cho một tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn tốt hơn điốt quang, trong khi đó với điều
kiện chiếu sáng lớn hơn giá trị thông lượng này, tiếng ồn do nhân điện trong điốt quang nhân điện trở thành quan

trọng, làm cho tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn của điốt quang nhân điện kém hơn tỷ số của điốt quang.
Công suất tương đương của tiếng ồn (NEP), do đó, được viết:
________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

261
NEP =
fFM
h
)Pe(P
1)(ei 2e
R
fT4k
Me
h
2
FS
T/keV
sat
B
Bapp
∆






ν
+η

+++
∆
η
ν
.
Từ đó ta suy ra độ nhạy đặc trưng của điốt quang nhân điện:
D*(λ) =
FM
hc
)P(Pe
1)(ei 2e
R
T4k
h
AeM
2
FS
T/keV
sat
B
Bapp






+λη
+++ν
η

(IV.54)
Trong đó A là diện tích bề mặt cảm quang của đềtéctơ. Nếu tiếng ồn nhiệt là rất nhỏ so với tiếng ồn tạo cặp, ta có :
D*(λ) =
F
hc
)E(Ee
1)(eJ 2eh
e

F
hc
)P(Pe
1)(ei 2e h
Ae
FS
T/keV
sat
FS
T/keV
sat
BappBapp






+λη
++ν
η

=






+λη
++ν
η
(IV.55)

IV.3.5 Đo tín hiệu quang học bằng phép đo trực tiếp với các điốt quang
Trong các chương trình bày trên đây chúng ta đã đề cập đến quá trình đo tín hiệu quang bằng các đềtéctơ
quang học mà tín hiệu điện ở đầu ra (dòng quang điện hay quang hiệu thế), trong trường hợp không bị bão hoà
chiếu sáng,
tỷ lệ tuyến tính với công suất quang (hay cường độ sáng) của tín hiệu quang tới
. Phép đo tín hiệu
quang này được gọi là
phép đo trực tiếp
. Thông thường, trong một mạch điện dùng cho máy thu tín hiệu quang học,
người ta dùng một mạch điện tử phụ thêm để khuếch đại tín hiệu điện cung cấp bởi đềtéctơ quang học. Mạch điện
tử khuếch đại tín hiệu này cộng thêm vào tín hiệu cần đo tiếng ồn riêng của mạch. Nhằm đặc trưng cho hiệu ứng
tiếng ồn thêm vào của mạch điện tử khuếch đại biểu diễn theo công suất tiếng ồn, người ta định nghĩa
hệ số tiếng
ồn của mạch điện
F
B
như sau :
F

B
= (Công suất tiếng ồn ở đầu ra của mạch điện)/(Công suất tiếng ồn ở đầu vào của mạch × Hệ số khuếch đại
theo công suất) (IV.55)
Xét chẳng hạn trường hợp của tiếng ồn nhiệt. Nếu hệ số khuếch đại theo công suất của mạch khuếch đại là G
amp
,
một tiếng ồn nhiệt có công suất ở đầu vào là
R
fT4k
i
B
2
B
∆
= , với trường hợp một mạch khuếch đại lý tưởng không
tiếng ồn, sẽ cho ở đầu ra một công suất tiếng ồn bằng:
R
fTG4k
i
ampB
2
BGi
∆
=
. Thế nhưng trong thực tế, mạch khuếch
đại thêm một hệ số tiếng ồn của mạch điện F
B
vào tiếng ồn chung ; công suất tiếng ồn thực sự ở đầu ra sẽ là :
R
fFTG4k

i
BampB
2
BG
∆
=
.
a) Đo tín hiệu quang bằng phép đo trực tiếp với điốt quang p-i-n:

Tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn trong phép đo trực tiếp với điốt quang p-i-n được xác định bằng hệ thức (IV.47). Khi
mà tiếng ồn nhiệt và dòng điện trong tối là không đáng kể so với tiếng ồn Schottky và khi bức xạ phông là không
đáng kể, ta có tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn
đạt mức giới hạn của tiếng ồn Schottky
bằng:

fh
P
2
1

f4h
P

B
S
SS
∆ν
η
=
∆ν

η
=
(IV.56)
Khi không thể bỏ qua tiếng ồn 1/f, để loại bỏ loại tiếng ồn này, người ta thường sử dụng phép
dò đồng bộ

(
détection synchrone
/
lock-in amplification
), bằng cách biến điệu biên độ của tín hiệu quang tới. Công suất quang
của tín hiệu trong trường hợp này được viết : P = P
0
(1+ msinω
m
t) ; trong đó m là tham số biến điệu biên độ. Dòng
quang điện ở đầu ra của điốt quang được viết:
t)msin (1i i(t)
mS
ω+= với phần biến đổi theo thời gian của dòng
quang điện là
tmsini
mS
ω . Tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn theo công suất bằng :

(
)
()
f
h

)Pe(P
1)(ei 2eR T4k h 2
mePR

B
S
FS
T/keV
satB
2
2
S
P
Bapp
∆














ν

+η
+++ν
η
=







Hay là :
2
1
FS
T/keV
sat
B
S
f
h
)Pe(P
1)(ei 2e
R
fT4k
2h
meP

B
S

Bapp








∆






ν
+η
+++
∆
ν
η
=

Thí dụ: Trong một kênh truyền thông quang học, người ta sử dụng một điốt quang bằng InGaAs mà hiệu suất lượng tử là
0,64. Bước sóng sử dụng là 1,55 µm. Diện tích cảm quang của đềtéctơ là 100 µm
2
. Công suất quang của bộ nguồn là 10 mW.
Tổn hao trên truyền tín hiệu giữa nguồn và máy thu được ước tính bằng 30 dB. Dải truyền qua của hệ thống là 100 MHz.
Dòng điện trong tối của điốt quang là 5 nA. Giả thiết rằng bộ khuếch đại điện tử có hệ số tiếng ồn của mạch bằng 6 dB. Điện

trở phụ tải bằng 50Ω. Tiếng ồn 1/f và bức xạ phông ở độ dài sóng sử dụng là không đáng kể.

Ta thử ước tính các loại tiếng ồn và tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn trong phép đo này. Ta có:
- Công suất quang nhận được trên bề mặt điốt quang : P
0
= 10
-3
.(10 mW) = 10 µW (vì rằng tổn hao đường
truyền là 30 dB).
________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

262
- Đáp ứng của điốt quang là: A/W0,8
10.3.10.626,6
10.55,1.00,64.1,6.1

hc
e

834
6-19
==
λη
=ℜ
−
−
.
- Dòng quang điện tương ứng với tín hiệu quang:
ℜ=

0S
P i = (10 µW). (0,8 A/W) = 8 µA. So sánh với dòng điện
trong tối (5 nA), ta có :
obsS
i i >> .
- Công suất của tín hiệu quang: P
S
= (ℜP
0
)
2
= (0.8.10.10
-6
)
2
= 6,4.10
-11
W = 64 pW.
- Công suất tiếng ồn do tạo cặp (là tiếng ồn Schottky trong trường hợp của điốt quang p-i-n):

(
)
fi i2e
obsS
∆+
= 2.1,6.10
-19
(8.10
-6
+5.10

-9
).100.10
6
= 2,6.10
-16
W = 0,26 fW.
- Công suất tiếng ồn nhiệt: 4kT
B
∆f/R = [4.(1,38.10
-23
).300.10
8
]/50 = 3,3.10
-14
W = 33 fW. Trong trường hợp
này tiếng ồn nhiệt là chủ đạo (tiếng ồn nhiệt lớn gấp 127 lần tiếng ồn Schottky).
- Công suất hiệu dụng của tiếng ồn nhiệt có tính đến tiếng ồn của mạch điện khuếch đại của hệ thống:
3,3.10
-14
.10
0,6
= 13,14.10
-14
W = 131,4 fW.
- Như vậy, tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn theo công suất là :
dB 26,9 487
13,14.10
6,4.10
B
S

14-
-11
P
≈==







b) Đo tín hiệu quang bằng phép đo trực tiếp với điốt quang dùng hiệu ứng nhân điện :

Tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn trong phép đo trực tiếp với điốt quang dùng hiệu ứng nhân điện được xác định bằng
hệ thức (IV.53) và (IV.54) khi tiếng ồn 1/f là không đáng kể. Khi mà tiếng ồn nhiệt và dòng điện trong tối là không
đáng kể so với tiếng ồn Schottky và khi bức xạ phông là không đáng kể, ta có tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn
đạt mức
giới hạn của tiếng ồn Schottky
bằng:
fFh
P
2
1

fF4h
P

B
S
SS

∆ν
η
=
∆ν
η
=
(IV.57)
So sánh biểu thức (IV.57) với (IV.56), ta thấy rằng tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn đạt mức giới hạn tiếng ồn Schottky
của điốt quang dùng hiệu ứng nhân điện là thấp hơn tỷ số của điốt quang p-i-n ; điều này là do hệ số tiếng ồn nhân
điện trong điốt quang nhân điện tạo nên.
Khi ta làm biến điệu biên độ của tín hiệu quang tới với chỉ số biến điệu m, tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn của đềtéctơ trở
thành:
2
1
2
FS
T/keV
sat
B
S
f FM
h
)Pe(P
1)(ei 2e
R
fT4k
2h
MmeP

B

S
Bapp








∆






ν
+η
+++
∆
ν
η
= .
Thí dụ: Cùng thí dụ như trên nhưng bây giờ điốt quang p-i-n được thay bằng điốt quang dùng hiệu ứng nhân điện mà hệ số
tiếng ồn do nhân điện là F = 10 và hệ số nhân điện là M =100.
- Đáp ứng của đềtéctơ quang học là : A/W80
10.3.10.626,6
100.10.55,1.00,64.1,6.1

hc
Me

834
6-19
==
λη
=ℜ
−
−

- Dòng quang điện tương ứng với tín hiệu quang, cung cấp bởi điốt là:
ℜ=
0S
P i = (10 µW). (80 A/W) = 0,8 mA.
- Công suất của tín hiệu quang : P
S
= (ℜP
0
)
2
= (80.10.10
-6
)
2
= 6,4.10
-7
W = 0,64 µW.
- Công suất tiếng ồn Schottky:
()

fFM i i2e
2
obsS
∆+
= 2.1,6.10
-19
(8.10
-6
+5.10
-9
).(100)
2
.10.100.10
6
= 2,56.10-11 W
= 25,6 pW. Ta thấy rằng trong trường hợp của điốt quang nhân điện, tiếng ồn Schottky là chủ đạo (tiếng ồn
Schottky lớn gấp 776 lần tiếng ồn nhiệt).
- Công suất hiệu dụng của tiếng ồn nhiệt có tính đến hệ số tiếng ồn mạch điện là: 3,3.10
-14
.10
0,6
= 13,14.10
-14

W = 131,4 fW.
- Như vậy tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn theo công suất của điốt quang nhân điện là:

dB 44 24872
)13,14.10(2,56.10
6,4.10

B
S
14-11-
-7
P
≈=
+
=






.
Ta thấy rằng trong trường hợp này, điốt quang dùng hiệu ứng nhân điện cung cấp một tỷ số tín hiệu trên tiếng
ồn lớn hơn nhiều so với trường hợp dùng điốt quang p-i-n.
V. ĐO TÍN HIỆU QUANG HỌC BẰNG PHÉP ĐO KẾT HỢP
Trong chương trước, chúng ta đã thấy rằng trong quá trình đo tín hiệu bằng phép đo trực tiếp, tỷ số tín hiệu
trên tiếng ồn bị hạn chế, đặc biệt bởi tiếng ồn nhiệt và tiếng ồn do mạch khuếch đại điện tử đặt sau đềtéctơ quang
học. Ngay cả trong trường hợp không có các tiếng ồn này, quá trình đo tín hiệu quang cũng sẽ bị giới hạn bởi tiếng
ồn Schottky của các hạt quang tải điện. Trong sơ đồ đo tín hiệu dùng phép đo trực tiếp này, hiếm khi đạt đến giới
hạn của tiếng ồn lượng tử tạo bởi tiếng ồn Schottky. Tuy nhiên, ta có thể tiến gần đến giới hạn tiếng ồn lượng tử
này bằng cách dùng
phép đo kết hợp
(
détection cohérente/ coherent detection
).
Ngoài ra, trong phép đo trực tiếp, đềtéctơ quang học chỉ có thể phát hiện thông lượng phôtôn đập lên bề mặt
cảm quang của đềtéctơ mà thôi ; nghĩa là đềtéctơ quang học chỉ có thể đo được cường độ sáng, hay nói cách khác

một đại lượng tỷ lệ với bình phương của trường quang học. Phép đo trực tiếp này không cho phép đo cả tần số lẫn
pha của tín hiệu quang tới. Hơn nữa, đềtéctơ quang học không thể đo cường độ (hay bình phương của trường quang
học) tức thời ; mà chỉ có thể đo giá trị trung bình theo thời gian của cường độ sáng trong quãng thời gian tích phân,
được xác định bởi dải truyền qua của đềtéctơ. Chú ý rằng thời gian tích phân này là rất lớn so với chu kỳ dao động
________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

263
của sóng quang. Nếu đáp ứng của đềtéctơ quang học là ℜ, với một sóng quang tới phẳng và đơn sắc, có dạng : E(t)
= E
0
cos(ωt+Φ), đập lên diện tích A bề mặt cảm quang của đếtéctơ, thì dòng quang điện ở đầu ra của đềtéctơ này
được viết là:
[]
2
0
2
E
Z 2
A
)t(E
Z
A
i(t)
ℜ
=
ℜ
= (V.1)
Trong đó
r0

r0
Z
εε
µµ
= là
trở kháng quang học
của môi trường ; µ
0
, µ
r
lân lượt là độ từ thẩm của chân không và độ từ
thẩm tương đối của môi trường ; ε
0
, ε
r
lần lượt là hằng số điện môi của chân không và hằng số điện môi tương đối
của môi trường.
Phép đo kết hợp, ngược lại, cho phép thu được các thông tin về tần số và pha của sóng quang tới. Trong sơ đồ
của phép đo kết hợp, đềtéctơ quang học được chiếu sáng đồng thời bởi sóng quang của tín hiệu cần đo và một
chùm tia quang học thứ hai, đến từ một nguồn sáng khác, gọi là
dao động tử cục bộ
(oscillateur local/ local
oscillator) ; dao động tử này có
kết hợp pha
(cohérence de phase/ phase coherence) với tín hiệu quang tới. Dao
động tử cục bộ phải có kết hợp pha trong một khoảng thời gian đủ dài để có thể nhận được thông tin cần chuyển từ
tín hiệu tới. Trong một hệ thống truyền thông quang học truyền các tín hiệu số, thời gian của kết hợp pha tối thiểu
cần thiết phải có là cỡ độ rộng xung thông tin cần đo. Để có đủ chất lượng kết hợp pha này, dao động tử cục bộ
phải là một nguồn sáng kết hợp. Thông thường người ta dùng các laser được ổn định tần số làm dao động tử cục
bộ. Sơ đồ tiêu biểu của phép đo kết hợp được trình bày trên hình V.1. Hình V.1.a trình bày sơ đồ bộ đo dùng một

tấm tách chùm tia sáng (lame séparatrice/ beam splitter) nhằm thực hiện việc chồng chất hai chùm tia tới: tín hiệu
cần đo và dao động tử cục bộ. Hình V.1.b trình bày một bộ đo khác có thể thực hiện được. Trong bộ đo này người ta
dùng một mộ ghép quang học có hướng (coupleur directionnel/ directional coupler), chẳng hạn bộ ghép 2X1 dùng
sợi quang học. Bộ đo này thường được sử dụng trong hệ thống truyền thông dùng sợi quang học. Sơ đồ của phép
đo này cần phải được thực hiện với sự cẩn trọng. Dao động tử cục bộ và sóng quang của tín hiệu tới không những
phải có kết hợp pha, mà chúng còn phải có cùng mặt sóng và cùng phương phân cực trên toàn bộ diện tích cảm
quang của đềtéctơ quang học. Mọi sự lệch đồng chỉnh (désalignement/ misalignement) theo góc hay theo chiều
ngang đều kéo theo chất lượng rất xấu của phép đo.


Hình V.1 : Hai sơ đồ thực hiện phép đo kết hợp

Xét trường hợp lý tưởng của hai sóng tới phẳng và đơn sắc, có cùng mặt sóng và có cùng phương phân cực
thẳng trên toàn bộ bề mặt cảm quang A của đềtéctơ quang học. Sóng quang của tín hiệu cần đo được biểu diễn
bằng:

(
)
1S1S
tcosE (t)E φ+ω= (V.2)
Sóng quang tới từ dao động tử cục bộ là:
(
)
2L2L
tcosE (t)E φ+ω=
(V.3)
Sụ chồng chất của hai sóng tới này trên bề mặt của đềtéctơ được viết :

(
)

(
)
2L21S1LS
tcosEtcosE (t)E(t)E φ+ω+φ+ω=+ .
Ta có dòng quang điện cung cấp bởi đềtéctơ quang học, suy ra từ hệ thức (V.1) :

[]
2
LS
)t(E)t(E
Z
A
i(t) +
ℜ
=
(V.4)
Do đó ta có:
[]
2
2L1S212L
22
21S
22
1
)tcos()tcos(E2E )t(cosE)t(cosE
Z
A
i(t) φ+ωφ+ω+φ+ω+φ+ω
ℜ
=

[][]










φ−φ+ω−ω+φ+φ+ω+ω
+φ+ω++φ+ω+
ℜ
=
21LS2121LS21
2L
2
2
2
2
1S
2
1
2
1
t)(cosEEt)(cosEE
)t(2cos
2

E
2
E
)t(2cos
2
E
2
E
Z
A
i(t)

________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

264
Đềtéctơ quang học không thể đáp ứng được trước các dao động có tần số rất lớn (tức là các tần số ω
S
, ω
L
, ω
S
+
ω
L
) và giả thiết rằng giá trị của hiệu tần số (ω
S
- ω
L
) là nhỏ hơn bề rộng dải truyền qua của đềtéctơ. Trong điều kiện

này, chúng ta thu được dòng quang điện dưới dạng:

[]










φ−φ+ω−ω++
ℜ
=
21LS21
2
2
2
1
t)(cosEE
2
E
2
E
Z
A
i(t)
(V.5)

Biểu thức (V.5) cho thấy dòng quang điện bao gồm hai phần : phần đầu, gồm hai số hạng đầu tiên, là không đổi và
phần sau thay đổi theo thời gian ; phần sau này biểu diễn tín hiệu dao động ở một tần số gọi là
tần số trung gian
,
bằng hiệu số của hai tần số: ω
I
= ω
S
- ω
L
(V.6)
Như vậy ta có:
()








φ−φ+ω++
ℜ
=
21I21
2
2
2
1
tcosEE

2
E
2
E
Z
A
i(t)
(V.7)
Hai số hạng đầu của biểu thức (V.7) biểu diễn phép đo độc lập của đềtéctơ quang học đối với tín hiệu quang và
tín hiệu của dao dộng tử cục bộ; hai số hạng này hợp thành thành phần không đổi của dòng quang điện. Số hạng
thứ ba, ngược lại, biểu diễn sự tạo ra tần số trung gian (hay là sự tạo ra hiệu tần số của hai sóng tới) bởi đềtéctơ
quang học. Việc tạo hiệu tần số là một sự vận hành phi tuyến tính (opération non-linéaire/ nonlinear operation) của
đềtéctơ, bởi vì đáp ứng tuyến tính của đềtéctơ quang học không cho phép thực hiện việc tạo ra tần số (génération
de fréquence/ frequency generation). Việc tạo ra tần số quang học này được gọi là
trộn sóng quang học
(mélange
optique/ optical frequency mixing). Và như vậy, đềtéctơ quang học giữ vai trò của
bộ trộn sóng quang học
(mélangeur optique/ optical frequency mixer). Quá trình này tương tự với phương pháp đo hêtêrôđin (hétérodyne/
heterodyne) trong lĩnh vực tần số rađiô (radiofréquence/ radiofrequency), vì lý do đó, phép đo này còn được gọi là
phương pháp đo hêtêrôđin quang học
(détection hétérodyne optique/ optical heterodyne detection). Khi mà ω
S
≠ ω
L

phép đo được gọi là
hêtêrôđin
và khi ω
S

= ω
L
phép đo được gọi là
hômôđin
(homodyne). Biểu thức (V.5) cũng cho
thấy rằng, khi mà ta biết chính xác tần số ω
L
và pha Φ
2
của dao động tử cục bộ, ta có thể suy ra tần số ω
S
và pha Φ
1

của tín hiệu quang tới. Phép đo kết hợp, như vậy, cho phép đo tần số và pha của tín hiệu quang tới. Hình V.2 hai
dòng quang điện ở đầu ra của đềtéctơ quang học, tương ứng với phép đo hêtêrôđin và phép đo hômôđin áp dụng
cho một tín hiệu quang được biến điệu biên độ. Dòng quang điện trung bình của tín hiệu quang tới là
Z 2
AE
i
2
1
S
ℜ
=
và
dòng quang điện trung bình của dao động tử cục bộ là
Z 2
AE
i

2
2
S
ℜ
= .


Hình V.2 : Dòng quang điện trong phép đo hêtêrôđin và phép đo hômôđin với một tín hiệu quang tới được biến điệu biên độ
Trong sơ đồ thường dùng của phép đo kết hợp, người ta trộn một tín hiệu quang tới cần đo có cường độ yếu với
một tín hiệu quang có cường độ rất mạnh của dao động tử cục bộ, nghĩa là trường quang học của tín hiệu dao động
tử cục bộ là rất lớn so với trường quang học của tín hiệu cần đo: E
2
>>E
1
. Thông tin cần thu được mang bởi thành
phần thay đổi theo thời gian của dòng quang điện, do đó ta có dòng quang điện hiệu dụng của tín hiệu là:

[]
21LS
21
S
t)(cos
Z
EAE
(t)i φ−φ+ω−ω
ℜ
=
(V.8)
Biểu thức (V.8) cho thấy ích lợi của phép đo kết hợp đối với một tín hiệu có trường quang học E
1

thấp. Thực
vậy, khi mà tín hiệu yếu này được trộn với tín hiệu có trường quang học E
2
khá mạnh của dao động tử cục bộ, biên
độ dòng quang điện tạo ra bởi tín hiệu quang yếu được nhân với biên độ của trường quang mạnh. Hệ số
khuếch đại
tự thân và không có tiếng ồn
này của phép đo kết hợp, do đó, cho phép khuếch đại một cách hiệu quả tín hiệu ra xa
khỏi mức tiếng ồn của mạch điện.
________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

265
Bây giờ chúng ta tính tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn của sơ đồ phương pháp đo này. Xét trường hợp bộ đo kết hợp
dùng điốt quang p-i-n. Công suất tiếng ồn nhiệt (i
BT
) của điốt quang là:
R
fT4k
i
B
2
BT
∆
= ; trong đó R là điện trở của
mạch điện và ∆f là dải thông của đềtéctơ quang học, được giả thiết là luôn luôn lớn hơn tần số trong gian ω
I
xác
định bởi (V.6).
Công suất tiếng ồn Schottky được viết:

f i
2
E
2
E
Z
A
2e i
obs
2
2
2
1
2
BG
∆








+









+
ℜ
=
; trong đó
obs
i
là dòng điện trong tối trung
bình.
Công suất của tín hiệu quang thu được từ biểu thức (V.8):
(
)
2
2
21
2
S
Z 2
EAE
)t(i
ℜ
= .
Như vậy, tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn theo công suất của phép đo kết hợp được viết là:

(
)

f

R
T4k
i
2
E
2
E
Z
A
2e
Z 2
EAE

i i
)t(i

B
S
B
obs
2
2
2
1
2
2
21
2
BG
2

BT
2
S
PC
∆










+








+









+
ℜ
ℜ
=
+
=






(V.9)
Vì rằng trường quang học của dao động tử cục bộ là khá mạnh (E
2
>>E
1
), tiếng ồn Schottky trong phép đo sẽ là
chủ đạo, do đó ta có thể bỏ qua sự đóng góp của tiếng ồn nhiệt và dòng điện trong tối. Trong điều kiện này, tỷ số
tín hiệu trên tiếng ồn (V.9) trở thành:

f2eZ
AE

B
S
2

1
PC
∆
ℜ
≈






(V.10)
Như vậy, có thể thực hiện được quá trình đo tín hiệu quang đạt đến mức giới hạn tiếng ồn Schottky bằng phép
đo kết hợp. Cần nhấn mạnh rằng phép đo kết hợp không bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn của bức xạ phông, vì rằng dao
động tử cục bộ không trộn tiếng ồn này trong quá trình đo. Phép đo kết hợp là một trong những phương pháp rất
hiếm cho phép đạt đến giới hạn tiếng ồn phôtôn trong các quá trình đo tín hiệu quang trong vùng phổ hồng ngoại,
nơi mà tiếng ồn của bức xạ phông là khá quan trọng.
Nhắc lại rằng công suất trung bình của tín hiệu quang được biểu diễn bằng:
2Z
AE
P
2
1
S
= và đáp ứng của đềtéctơ
quang học là :
ν
η
=ℜ
h

e
, biểu thức (V.10) có thể được viết là :
fh
P

B
S
S
PC
∆ν
η
=






(V.11)
Tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn đạt mức giới hạn tiếng ồn Schottky, biểu diễn theo giá trị của dòng quang điện và
giá trị của dòng điện tiếng ồn, như vậy, được viết như sau:
fh
P

B
S
S
C
∆ν
η

=






(V.12)
So sánh biểu thức này với biểu thức (IV.56) của phép đo trực tiếp dùng quang điốt p-i-n, ta thấy rằng tỷ số tín
hiệu trên tiếng ồn đạt mức giới hạn tiếng ồn Schottky của phép đo kết hợp là hai lần lớn hơn (hay lớn hơn 3 dB) tỷ
số của phép đo trực tiếp. Hiệu năng này cho thấy một ưu điểm khác của phép đo kết hợp.
Phép đo kết hợp còn được dùng trong việc hạn chế độ dãn rộng của xung quang học được truyền trong sợi
quang học, bằng các bộ hiệu chính pha (égaliseur de phase/ phase equalizer) điện tử. Sự dãn rộng xung truyền này
là do sự trễ pha của các sóng thành phần khác nhau, bởi sự khác biệt vận tốc nhóm trong khi truyền. Vì rằng phép
đo kết hợp cho phép đo được pha của tín hiệu quang, sự trễ pha nà có thể được hiệu chính bằng các bộ lọc điện tử.


TÀI LIỆU THAM KHẢO TÓM TẮT

[1] E. ROSENCHER, B. VINTER,
Optoélectronique
, Masson, Paris 1998
[2] H. MATHIEU,
Physique des semiconducteurs et des composants électroniques
, 4
è
édition, Masson,
Paris 1998
[3] S.M. SZE,

Physics of semiconductor devices
, 2
nd
edition, John Wiley & Sons, New York 1981
[4] B. MOMBELLI,
Processus optiques dans les solides
, Masson, Paris 1995
[5] A. YARIV,
Optical Electronics in Modern Communications
, Oxford University Press; 5th edition, 1997
[6] C. C. DAVIS,
Lasers and Electro-Optics, Fundamentals and Engineering
, Cambridge University Press,
Cambridge 1996
[7] R. W. BOYD,
Radiometry and the detection of optical radiation
, John Wiley & Sons, New York 1983
[8] E.L. DERENIAK, D. G. CROWE,
Optical radiation detectors
, John Wiley & Sons, New York 1984
[9] B. E. A. SALEH, M.C.TEICH,
Fundamentals of Photonics,
John Wiley & Sons, NewYork 1991
[10] D. WOOD,
Optoelectronic Semiconductor Devices
, Prentice Hall, NewYork, 1994
[11] I. et M. JOINDOT et al.,
Les télécommunications par fibres optiques
, Dunod et CENT-ENST, Paris,
1996

[12] A. DUTTA, N. DUTTA, M. FUJIWARA,
WDM Technologies: Active Optical Components
, Academic
Press, Amsterdam, 2002.
[13] R.G. HUNSPERGER,
Integrated Optics
, 5
th
edition, Springer, Berlin, 2002.
________________________________________________________________________________
NGUYỄN CHÍ THÀNH - Đềtéctơ quang học bán dẫn – Lớp học chuyên đề Đồ Sơn – Tháng 11 năm 2004

266
[14] J. PANKOVE,
Optical Process in Semiconductor
, Dover Publications; 2
nd
edition, 1975.
[15] NGUYỄN Chí Thành,
Photoémetteurs et Photodétecteurs à Semiconducteur
, Cours de Préparation à
l'Agrégation de Physique Appliquée, Polycopié, Ecole Normale Supérieure de Cachan, 2004.
[16] Đặng Mộng Lân, Ngô Quốc Quýnh,
Từ điển Vật lý Anh-Việt
, NXB Khoa học và Kỹ Thuật; Hà Nội, 1976.
[17] Phạm Văn Bảy,
Từ điển Kỹ thuật Vô tuyến Điện tử Pháp-Việt
, NXB Khoa học và Kỹ Thuật; Hà Nội,
1986.