9、成像辐射测量与探测器技术解析

成像辐射测量与探测器技术解析

一、渐晕效应

在成像过程中，除了传感器平面辐照度存在余弦四次方的依赖关系外，还有其他光学效应会导致图像出现视场暗化的现象。这种因镜头系统内部孔径光阑或其他光束限制组件阻挡离轴光线而产生的效应，被称为渐晕。渐晕会使图像边缘的辐照度进一步下降。

二、辐射探测基础

辐射成像的最后一步是在成像传感器上检测辐射，即将传感器平面的辐照度转换为电信号。为了对图像进行定量的辐射测量解释，需要了解成像探测器的一些基本特性。下面介绍几个常用的衡量探测器性能的指标：

（一）量子效率

量子效率 η(λ) 描述了入射到探测器的光子数量与产生的独立电子数量之间的关系。它只计算与初始吸收过程直接相关的主要载流子，不考虑电放大。量子效率考虑了所有与光子损失相关的过程，如探测器材料的吸收率、散射、反射和电子复合。其计算公式为：
[
\eta(\lambda) = \frac{n_o}{n_p}
]
其中，$n_p$ 是入射光子的数量，$n_o$ 是输出事件的数量，例如光电二极管中的光电子数量，以及半导体中的电子 - 空穴对数量。

量子效率始终小于 1，通常以百分比表示。理想的光电探测器的量子效率是波长的二元函数。在特定的截止波长 $\lambda_c$ 以上，光子能量不足以产生光生载流子；而在 $\lambda_c$ 以下，所有具有更高能量（更短波长）的光子应产生相同的输出。但实际的光电探测器表现有所不同，在 $\lambda_c$ 附近，探测器材料的热激发会影响光子吸收产生载流子的过程，使原本尖锐的过渡变得圆滑。此外，在短波长处，量子效率通常会下降。

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