[科普中国]-噪声等效功率

噪声等效功率(Noise Equivalent Power )简称为NEP。噪声等效功率的定义是：信噪比为1 时所需的入射红外辐射功率。也就是说投射到微测辐射热计上的红外辐射功率所产生的输出电压正好等于微测辐射热计自身的噪声电压，这个辐射功率叫做噪声等效功率 。

简介噪声等效功率又称为最小可测功率，它定义为光电器件输出的信号电压的有效值等于噪声方均根电压值时的入射光功率。

实验发现，许多光电器件的NEP与器件的光敏面积A和测量系统的带宽△f的乘积的平方根成正比。因为面积大接收到的背景噪声功率也大，为了便于光电器件之间的性能比较，应该除去器件面积和测量带宽的影响。

显然噪声等效功率M妒越小，光电器件的性能越好。但参数NEP不符合人们的传统认知习惯。为此定义NEP的倒数为光电器件的探测度，作为衡量光电器件探测能力的一个重要指标1。

噪声等效功率的计算噪声等效功率是使探测器输出的信号等于噪声电压或电流所需要的入射信号辐射功率。是红外探测的重要参数。

信号辐射功率小于噪声等效功率，则探测器信号输出小于噪声。这就意味着探测器将无法感知目标辐射。所以噪声等效功率实际上就是探测器能够探知的最小目标辐射，标志着一个探测器的灵敏度。噪声等效功率愈小，灵敏度愈高。虽然人们习惯取NEP的倒数(即探测率)作为标志探浏器灵敏度的常用参数，但NEP的物理意义却要清楚得多，而且有些场合用噪声等效功率更为简捷明了。

主要特点噪声等效功率又称最小可测功率。使探测器输出的信号等于噪声电压或电流所需的入射信号功率，是衡量光电探测器接收弱信号能力的性能参数。该功串在探测器上产生的电信号等于探测器本身的噪声，因此是产生单位信噪比所需的辐射功率。NEP愈小，探测器的性能愈好。信号辐射功率小于噪声等效功率，则探测器信号输出小于噪声。这就意味着探测器将无法感知目标辐射。所以噪声等效功率实际上就是探测器能够探知的最小目标辐射，标志着一个探测器的灵敏度。噪声等效功率愈小，灵敏度愈高。NEP与探测器相应谱段、调制频率、工作温度、偏置。光敏面积、张角等条件有关2。

功率测量测量噪声等效功率的方法很多，但由于很难实现本振光束与信号光束精确对准以及很难精确测量弱激光信号的功率，因而测试误差比较大。下面介绍常用的双激光混频法及精度相对高一些的绝对黑体辐射源的外差接收法。

1．双激光混频法

测量系统原则上只需用压电陶瓷来稳定激光器的频率而不是改变频率．这里需要尽可能准确地测得信号光束的功率。为了克服弱光功率测量的困难，采用先校准一系列衰减片的衰减量，然后由计算来确定插入不同数量衰减片后对激光功率的总衰减倍数，以这样的方法来获得较为准确的信号光束功率P2。要注意在未插入任何衰减片前，应在放探测器的位置上，先安置光束功率测量仪，测量衰减前的信号光束功率，然后移去功率测量仪放上探测器，否则会带来较大误差。

2．绝对黑体辐射源的外差接收法

黑体功率可以精确地加以计算，而且黑体辐射中含有各种方向的波矢量，因此可以在一定程度上减小信号功率测量误差和双光束对准不精确所引起的测量误差。测量系统如图2所示。

这里1000K黑体加以80Hz调制，在中频信号检波后由测量放大器测出80Hz的包络信号电压和噪声，由中频放大器带宽召确定参与混频的黑体辐射功率为hv·2B/(exp(hv/BT)-1)，其中v为中频放大器中心频率。这里不逐次衰减黑体功率，因而有足够高的信噪比，测量结果较为正确。将信噪比修正到1，便可得到外差噪声等效功率。这种测量方法改善了外差噪声等效功率的测量精度3。

本词条内容贡献者为:

方正 - 副教授 - 江南大学