1、散粒噪声

是由于电荷载子的离散性质引起的随机波动，特别是在光电效应中，光子撞击光敏元件产生电子时，这些电子的生成是随机的，符合泊松分布。散粒噪声的频谱特性如下：

散粒噪声频谱特性是平坦的，与频率大小无关，因此被也被称为白噪声。数学描述：散粒噪声的均方根值（RMS）可以表示为：

其中：
e：电子电荷（约 1.6 × 10^-19库仑）
I_dark：暗电流
Δf：频带宽度
散粒噪声与电流大小成正比，并且在所有频率上都是稳定的。式中的Idark就是我们上一节介绍光电二极管的暗电流。即光电二极管在无光环境下存在不期望的暗电流噪声，暗电流作为光电探测器最前端的固有噪声，暗电流越大越大，光电探测器的噪声也跟着变大。暗电流也受光电二极管偏置工作电压的影响，即偏置工作电压越大，暗电流也跟着变大。但是偏置工作电压也影响光电探测器的结电容大小，从而影响光电探测器的速度和带宽，且偏置电压越大，速度和带宽就越大。所以在关于光电二极管散粒噪声和暗电流与带宽性能上需要根据实际项目需求进行合理设计，在这方面的噪声影响，积木光研积累了丰富的噪声改善经验，可以帮助大家改善项目所需的低噪声光电探测器。有需求可以扫码关注积木光电研究助手微信公众号，获取产品资料和采购。

2、1/f 噪声（Flicker Noise）
1/f噪声，又称闪烁噪声，主要出现在低频范围内，与材料缺陷或表面清洁度等因素有关。其频谱特性如下图点画线所示：

由其频谱特性图可知，其功率谱密度在高频范围内显著比低频范围内要小，且每100倍的频率增大，谱密度噪声线性减小10倍。1/f噪声的功率谱密度与频率成反比，即：

其中：
S_I(f)：噪声功率谱密度
I：电流
f：频率
1/f噪声在低频范围内显著，随频率升高而减弱。这种特性使其在低频应用中成为主要干扰源。1/f噪声和宽带噪声主要来源光电探测器内部的运算放大器电压噪声。而影响光电探测器噪声的来源有很多其他方面的噪声影响，比如运算放大器的电源噪声、电流噪声、运放电路增益的电阻网络热噪声。

3、运算放大器的电压、电流噪声

电压和电流谱密度如下图所示：

电流噪声在运算放大电路中，分为同相电流噪声和反相电流噪声，同相电流噪声i+流过源内阻Rs产生等效电压噪声u1= i+*Rs。I-反相电流噪声流过增益等效电阻R产生等效电压噪声u2= I-* R。所以电源的RS很大时，电流噪声转换成的电压噪声也很大，所以想要优化更优秀的噪声，电源源噪声（包括内阻）也是优化的重点方向。电流噪声谱密度也不受频率变化而变化，所以经过电路放大后也与光电二极管暗电流一样综合形成光电探测器的散粒噪声。

4、运放电路增益（放大倍数）的电阻网络热噪声

可以使用以下公式进行计算：

其中：
k：玻尔兹曼常数（1.38 × 10^-23J/K）
T：绝对温度（K）
R：电阻（欧姆）

热噪声与温度和电阻值相关，其频谱是平坦的。由公式可以看出，增益电阻取值越大，热噪声也就越大，带宽越大，热噪声也会变大。所以如何在电阻取值，与带宽取值上既要满足增益要求，又要满足带宽要求，最终还要求低噪声或高信噪比，就在增益电阻的选型上需要慎重和衡量实际的项目需求，以达到系统理想的信噪比。

噪声改善技术光电探测器和电子设备的性能提升中扮演着重要角色。高精度意味着低噪声，随着技术对精度要求增加，光电探测器的噪声、信噪比、等效噪声功率、的要求也越来越高。

信噪比、等效噪声功率其实就是噪声在光电探测器系统的量化标准，因为单纯说噪声多大多小没有实际意义，需要根据系统信号与噪声的比值和系统对最小信号响应大小来评估系统的优越水平。

信噪比（SNR）：指接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号（噪声和干扰）的强度的比值。信噪比的计算公式为：

其中：
I_signal：信号强度。
I_noise： 噪声强度。
SNR越高，探测器的性能越好，尤其在低光强条件下

等效噪声功率（NEP）：光电探测器产生与内部噪声产生相同大小的输出所需要的输入光功率。

计算公式如下
NEP的计算公式为：

其中：
η：光量子效率（External Quantum Efficiency, EQE）
I_dark：暗电流
Δf：频带宽度
NEP越小，表示探测器能检测到更微弱的光信号。

积木光研各类光电探测器研发设计上充分考虑了和最优化了以上各类噪声的影响，达到市场上同类产品领先技术水平。欢迎广大客户扫码关注积木光电研究助手微信公众号，获取产品资料和采购。

节选自微信公众号 积木光电研究助手