红外探测器的性能可用一些参数来描述，这些参数称为红外探测器的性能参数。

一、工作条件

红外探测器的性能参数与探测器的具体工作条件有关，因此在给出探测器的性能参数时，必须给出探测器的有关工作条件。

1.辐射源的光谱分布

由于许多红外探测器对不同波长的辐射的响应率是不相同的，所以在描述探测器性能时，需说明入射辐射的光谱分布。给出探测器的探测率，一般都需注明是黑体探测率还是峰值探测率。

2.工作频率和放大器的噪声等效带宽

由于探测器的响应率与探测器的频率有关，探测器的噪声与频率和噪声等效带宽有关，所以，在描述探测器的性能时，应给出探测器的工作频率和放大器的噪声等效带宽。

3.工作温度

许多探测器，特别是由半导体制备的红外探测器，其性能与它的工作温度有密切的关系。因此，在给出探测器的性能参数时必须给出探测器的工作温度，最重要的几个工作温度为室温（295 K或300 K）、干冰温度（194.6 K，它是固态CO2的升华温度）、液氮沸点（77.3 K）、液氦沸点（4.2 K）。此外，还有液氖沸点（27.2 K）、液氢沸点（20.4 K）和液氧沸点（90 K）。在实际应用中，除将这些物质注入杜瓦瓶获得相应的低温条件外，还可根据不同的使用条件采用不同的制冷器获得相应的低温条件。

4.光敏面积和形状

探测器的性能与探测器面积的大小和形状有关。虽然探测率D考虑到面积的影响而引入了面积修正因子，但实践中发现不同光敏面积和形状的同一类探测器的探测率仍存在差异，因此给出探测器的性能参数时应给出它的面积。

5.探测器的偏置条件

光导型探测器的响应率和噪声，在一定直流偏压（偏流）范围内，随偏压线性变化，但超出这一线性范围，响应率随偏压的增加而缓慢增加，噪声则随偏压的增加而迅速增大。光伏探测器的最佳性能，有的出现在零偏置条件，有的却不在零偏置条件。这说明探测器的性能与偏置条件有关，因此在给出探测器的性能参数时，应给出偏置条件。

6.特殊工作条件

给出探测器的性能参数时，一般应给出上述工作条件。对于某些特殊情况，还应给出相应的特殊工作条件。例如，受背景光子噪声限制的探测器应注明探测器的视场立体角和背景温度，对于非线性响应（入射辐射产生的信号与入射辐射功率不成线性关系）的探测器，应注明入射辐射功率。

二、性能参数

1.响应率

探测器的信号输出均方根电压Vs（或均方根电流Is）与入射辐射功率均方根值P之比，也就是投射到探测器上的单位均方根辐射功率所产生的均方根信号（电压或电流），称为电压响应率RV（或电流响应率Ri），即

响应率表征探测器对辐射响应的灵敏度，是探测器的一个重要的性能参数。如果是恒定交变辐照，探测器的输出信号也是恒定的，这时的响应率称为直流响应率，以R0表示。如果是探测器输出交变信号，其响应率称为交流响应率，以R（f）表示。

探测器的响应率通常有黑体响应率和单色响应率两种。黑体响应率以RVBB或RiBB表示。常用的黑体温度为500 K，光谱（单色）响应率以RVλ或Riλ表示。在不需要明确是电压响应率还是电流响应率时，可用RBB或Rλ表示；在不需明确是黑体响应率还是光谱响应率时，可用RV或Ri表示。

2.噪声电压

探测器具有噪声，噪声和响应率是决定探测器性能的两个重要参数。噪声与测量它的放大器的噪声等效带宽Δf的平方根成正比。为了便于比较探测器噪声的大小，常采用单位带宽的噪声，即

3.噪声等效功率

入射到探测器上经正弦调制的均方根辐射功率P所产生的均方根电压V，正好等于探测器的均方根噪声电压V，这个辐射功率被称为噪声等效功率，以NEP（或PN）表示

也有将NEP定义为入射到探测器上经正弦调制的均方根辐射功率P所产生的电压Vs正好等于探测器单位带宽的均方根噪声电压时，这个辐射功率称为噪声等效功率，即

一般来说，考虑探测器的噪声等效功率时不考虑带宽的影响，在讨论探测率D时才考虑带宽Δf的影响而取单位带宽。但是，按式（9-22）定义的NEP也在使用。噪声等效功率分为黑体噪声等效功率NEPBB和光谱噪声等效功率NEPλ两种。

4.探测率

用NEP基本上能描述探测器的性能，但一方面由于它是以探测器能探测到的最小功率来表示的，NEP越小表示探测器的性能越好，这与人们的习惯不一致；另一方面，由于在辐射能量较大的范围内，红外探测器的响应率并不与辐照能量强度呈线性关系，从弱辐照下测得的响应率不能外推出强辐照下应产生的信噪比。为了克服上述两方面存在的问题，引入探测率D，它定义为NEP的倒数，即

探测率D表示辐照在探测器上的单位辐射功率所获得的信噪比。探测率D越大，表示探测器的性能越好，因此在对探测器的性能进行相互比较时，用探测率D比用NEP更合适些。(www.daowen.com)

5.光谱响应

功率相等的不同波长的辐射照在探测器上所产生的信号Vs与辐射波长λ的关系叫作探测器的光谱响应（等能量光谱响应）。通常用单色波长的响应率或探测率对波长作图，纵坐标为，横坐标为波长λ。有时给出准确值（称为绝对光谱响应），有时给出相对值（称为相对光谱响应）。绝对光谱响应测量需校准辐射能量的绝对值；相对光谱响应测量只需辐照能量的相对校准，比较容易实现。在光谱响应测量中，一般都是测量相对光谱响应，绝对光谱响应可根据相对光谱响应和黑体探测率D*（TBB，f）及G函数计算出来。

光子探测器的光谱响应有等量子光谱响应和等能量光谱响应两种。由于光子探测器的量子效率（探测器接收辐射后所产生的载流子数与入射的光子数之比）在响应波段内可视为小于1的常数，所以理想的等量子光谱响应曲线是一条水平直线，在λc处突然降为零。

随着波长的增加，光子能量成反比例下降，要保持等能量条件，光子数必须正比例上升，因而理想的等能量光谱响应是一条随波长增加而直线上升的斜线，到截止波长λc处降为零。一般所说的光子探测器的光谱响应曲线是指等能量光谱响应曲线。图9-4是光子探测器和热探测器的理想光谱响应曲线。

从图9-4可以看出，光子探测器对辐射的吸收是有选择的（图9-4的曲线A），因此称光子探测器为选择性探测器；热探测器对所有波长的辐射都吸收（图9-4的曲线B），因此称热探测器为无选择性探测器。

实际的光子探测器的等能量光谱响应曲线（图9-5）与理想的光谱响应曲线有差异。随着波长的增加，探测器的响应率（或探测率）逐渐增大（但不是线性增加），到最大值时不是突然下降而是逐渐下降。响应率最大时对应的波长为峰值波长，以λp表示。通常将响应率下降到峰值波长的50％处所对应的波长称为截止波长，以λc表示。在一些文献中也有注明下降到峰值响应的10％或1％处所对应的波长。

图9-4　光子探测器和热探测器的理想光谱响应曲线

图9-5　光子探测器的实际等能量光谱响应曲线

6.响应时间

探测器的响应时间（也称时间常数）表示探测器对交变辐射响应的快慢。由于红外探测器对红外辐射的响应不是瞬时的，而是存在一定的滞后时间，因此以时间常数τ来表征探测器对辐射的响应速度。

为了说明响应的快慢，假定在t=0时刻以恒定的辐射强度照射探测器，探测器的输出器的输出信号从零开始逐渐上升，经过一定时间后达到一个稳定值。若达到稳定值后停止辐照，探测信号不是立即降到零，而是逐渐下降到零，如图9-6所示。这个上升或下降的快慢反映了探测器对辐射响应的速度。

图9-6　探测器对辐射的响应

决定探测器时间常数最重要的因素是自由载流子寿命（半导体的载流子寿命是过剩载流子复合前存在的平均时间，它是决定大多数半导体光子探测器衰减时间的主要因素）、热时间常数和电时间常数。电路的时间常数RC往往成为限制一些探测器响应时间的主要因素。

探测器受辐照的输出信号遵从指数上升规律，有

式中，Vs为辐射照射探测器的输出信号；Vo为恒定值；τ为响应时间（时间常数）。

当t=τ时，Vs=0.63Vo。

除去辐照后输出信号随时间下降，有

当t=τ时，Vs=0.37Vo。

由此可见，响应时间的物理意义是当探测器受红外辐射时，输出信号上升到稳定值的63％时所需要的时间；或去除辐照后输出信号下降到稳定值的37％时所需要的时间。τ越短，响应越快；τ越长，响应越慢。从对辐射的响应速度要求，τ越小越好，然而对于光电导型探测器，响应率与载流子寿命τ成正比（响应时间主要由载流子寿命决定），τ短，响应率也低。SPRITE探测器要求材料的载流子寿命τ比较长，τ短了就无法工作。因此，对探测器响应时间的要求应结合信号处理和探测器的性能这两方面来考虑。当然，这里强调的是响应时间由载流子寿命决定，而热时间常数和电时间常数不成为响应时间的主要决定因素。事实上，不少探测器的响应时间都是由电时间常数和热时间常数决定的。热探测器的响应时间长达毫秒量级，光子探测器的时间常数可小于微秒量级。

对于具有简单复合机理的半导体，响应时间τ与载流子寿命密切相关。在电导现象中起主要作用的是多数载流子寿命，而在扩散过程中少数载流子寿命是主要的。因此，光导型探测器的响应时间取决于多数载流子寿命，而光伏和光磁电探测器的响应时间取决于少数载流子寿命。

有些探测器（如在77 K工作的PbS）具有两个时间常数，其中一个比另一个长很多。有的探测器在光谱响应的不同区域出现不同的时间常数，对某一波长的单色光，某一个时间常数占主要，而对另一波长的单色光，另一个时间常数成为主要的。在大多数实际应用中，不希望探测器具有双时间常数。

7.频率响应

探测器的响应率随调制频率变化的关系叫探测器的频率响应。当一定振幅的正弦调制辐射照射到探测器上时，如果调制频率很低，输出的信号与频率无关，当调制频率升高，由于在光子探测器中存在载流子的复合时间或寿命，在热探测器中存在着热惰性或电时间常数，响应跟不上调制频率的迅速变化，导致高频响应下降。大多数探测器的响应率R随频率f的变化（图9-7），等效于一个低通滤波器，可表示为

图9-7　响应率与频率的依赖关系

式中，R0为低频时的响应率；R（f）表示频率为f时的响应率。

式（9-26）仅适合于单分子复合过程的材料。单分子复合过程是指复合率仅正比于过剩载流子浓度瞬时值的复合过程。大部分红外探测器材料均服从上述规律，因此式（9-26）具有普适性。

根据式（9-26）可知，频率f≪1/2πτ时，响应率与频率f无关；在较高频率时，响应率开始下降；f=1/2πτ时，R（f）=0.707R0，此时所对应的频率称为探测器的响应频率，以fc表示；在更高频率，f≫1/2πτ时，响应率随频率的增高反比例下降。