Détectivité spécifique

La détectivité spécifique, ou D*, d'un photodétecteur est un facteur de mérite utilisé pour caractériser ses performances. Elle est égale à l'inverse de la puissance équivalente de bruit (NEP), normalisée par la surface et la bande passante :

${\displaystyle D^{*}={\frac {\sqrt {A\ \Delta f}}{\mathrm {NEP} }}}$

où ${\displaystyle A}$ est la surface photosensible du détecteur et ${\displaystyle \Delta f}$ la bande passante.

L'unité SI de détectivité spécifique est le m Hz^1/2 W⁻¹, mais on emploie plus communément le cm Hz^1/2 W⁻¹, aussi appelé « jones » en l'honneur de Robert Clark Jones qui a défini cette quantité[1]^,[2].

Sachant que la puissance équivalente de bruit peut être exprimée en fonction de la responsivité ${\displaystyle {\mathfrak {R}}}$ (unité : A/W ou V/W) et de la densité spectrale de bruit ${\displaystyle S_{n}}$ (unité : A Hz^−1/2 ou V Hz^−1/2) par la relation :

${\displaystyle \mathrm {NEP} ={\frac {S_{n}{\sqrt {\Delta f}}}{\mathfrak {R}}}}$

Le numérateur de cette expression constitue l'écart type du courant de bruit.

Il est courant de définir la détectivité par l'expression :

${\displaystyle D^{*}={\frac {{\mathfrak {R}}\ {\sqrt {A}}}{S_{n}}}}$

Il est également souvent utile d'exprimer la détectivité en termes de niveaux de bruit relatif présent dans le dispositif. Une expression couramment utilisée est :

${\displaystyle D^{*}={\frac {q\ \lambda \ \eta }{h\ c}}\left({\frac {4\ k\ T}{R_{0}\ A}}+2\ q^{2}\ \eta \ \Phi _{b}\right)^{-1/2}}$

où q est la charge électronique, ${\displaystyle \lambda }$ la longueur d'onde concernée, h la constante de Planck, c la vitesse de la lumière dans le vide, k la constante de Boltzmann, T la température du détecteur (en K), ${\displaystyle R_{0}A}$ le produit surface-résistance dynamique à polarisation nulle (souvent mesuré expérimentalement, mais aussi exprimable en termes d'hypothèses de niveau de bruit), ${\displaystyle \eta }$ l'efficacité quantique du dispositif et ${\displaystyle \Phi _{b}}$ le flux total de la source (souvent un corps noir) en photons s⁻¹ cm⁻².