阵列探测器的光谱覆盖范围主要取决于其材料。B&W Tek 提供三种不同材料的阵列式探测器，即硅基CCD阵列和硅基光电二极管阵列(PDA), InGaAs探测器阵列和PbS探测器阵列，可覆盖从190-2900nm的宽波长范围。

波长， μm

图3-1 一些典型的探测器的D值（近似值）与波长的函数关系

硅基CCD阵列的D*的峰值出现在可见光范围，数值大概为1013 cm⋅Hz1/2/W，其光谱覆盖范围为190-1100nm，InGaAs阵列的波长覆盖范围为900-1700nm，其峰值D*大概为1012 cm⋅Hz1/2/W。扩展型InGaAs阵列的波长覆盖范围为1100-2600nm，峰值D*大概为1011 cm⋅Hz1/2/W。PbS阵列覆盖范围为1100-2900nm，峰值D*大概为1011 cm⋅Hz1/2/W。PbS阵列在>2000nm的波长范围内比扩展型InGaAs阵列具有更高的灵敏度。

阵列探测器的光谱覆盖范围同样也受到其结构的影响。前照射式CCD在可见光范围内具有好的响应度(检测灵敏度)，但其在紫外区(波长<380nm)的响应度很低，这是因为其感应区域上方的转移电极对入射的紫外光子具有很高的吸收，这导致这类的CCD的紫外响应很低甚至没有。为了提高这类CCD的紫外响应，往往采用在这类CCD表面涂上紫外增强涂层的办法。这种涂层材料可以吸收紫外光子，然后在可见区以一定的转化效率再发射出来，从而达到“增强”ＣＣＤ的紫外响应的效果，这些涂层一般仅能使前照射式CCD的紫外区的量子效率提高3-7%。薄型背照式CCD(BT-CCD)阵列由于其结构的不同，因此可以提供比前照射式CCD高得多的紫外响应*。另外，由于其收集光的方向与前照射式CCD不同，因此其表面的转移电极不会使入射光衰减，所以BT-CCD在其响应范围内的可见和近红外区的响应也比前照射式CCD高。光电二极管阵列(PDA)由于读出噪声大，所以其检测灵敏度低于CCD阵列，但是由于没有CCD阵列表面的转移电极，因此可以在整个硅的响应范围(190-1100nm)内提供更好的光谱响应。另外，通过改变掺杂的材料，它的近红外范围内的响应还可以得到进一步的增强。

图3-2 前照式 CCD 和背照式 CCD 的典型量子效率

*注：电子耦合器件(CCDs)可以在硅片内将光转化为一定量的电子电荷。根据光接收面的不同，CCD一般分为两类：前照射式CCD(如Sony ILX511和Toshiba TCD1304)和薄型背照式CCD。 前照射式CCD从器件前面接收和检测光，由于其前部的氧化层、多晶硅电极和表面保护层对光都会进行吸收和反射，因此前照射式CCD的峰值量子效率仅有40-55%左右(见图3-3)。另外，前照射式CCD对紫外光的响应很低甚至没有。为了解决这个问题，人们设计发明了薄型背照式CCD，它通过化学蚀刻和打磨等方法使其硅层的厚度降低到15μm左右。光从CCD的背面进入，从而避免了表面的转移电极对光的阻挡，另外还可以在薄的背面再涂上防反射涂层以提高BT-CCD响应。因此，与前照射式CCD相比，BT-CCD在宽的波长范围内都具有更高的量子效率(峰值大于90%)。在短波近红外区域，波长较长的光将会在BT-CCD的正面和背面进行多次反射从而形成干涉，因此BT-CCD在这个区域内的光谱响应会呈现一定形状的干涉谱形。由于BT-CCD的产量低，制造工艺复杂，因此其售价大大高于前照射式CCD。

光探测器即使在没有入射光存在的情况下也会有很小的输出信号，这被称为暗电流或暗输出。暗电流是由于热生电子的移动所产生的，因此与环境温度有很紧密的关系。一般来说，对于硅基探测器， 当温度减低5-7度时，其暗电流将降低一半，反之，当温度升高5-7度时，其暗电流将增加一倍。

在阵列探测器如CCD阵列中，噪声主要来源于：读出噪声(readout noise)、光子散粒噪声(photon shot noise)、暗散粒噪声(dark shot noise)和固定图形噪声(fixed pattern noise)。读出噪声是由于CCD的输出级和外部电路的电子噪声所造成，其在很大程度上限定了CCD光谱仪的检测限。光子散粒噪声与入射在CCD上的光子数的统计变化有关，而暗散粒噪声与暗状态下产生的电子数的统计变化有关。这两种散粒噪声都符合泊松分布。光子散粒噪声与入射光子流量的平方根成正比，而暗散粒噪声与暗电流的平方根成正比。固定图形噪声是相邻像元之间的光响应的差异造成，其主要由像元间的量子效率的差异所引起，该量子效率的差异又是由CCD制造过程中所产生的像元面积和膜厚的不一致性所造成。一个阵列式探测器的总噪声等于这四种噪声源的平方根和。

动态范围指的是一个探测器能够准确测量到的累加在噪声水平上的信号的范围。动态范围定义为饱和电荷(满量阱容量)除以噪声。（参考如前所述生产厂家对探测器噪声的定义）。对硅基阵列探测器来说，非科研级的前照式CCD(如Sony ILX511)具有低读出噪声和小量阱容量，因此其动态范围小，适合于测量要求不高的弱信号。薄型背照式CCD属于科研级器件，其具有低读出噪声，低暗噪声和更大的量阱容量的特点，因此其具有更大的动态范围，适合于需要高信噪比的弱信号检测。PDA具有高读出噪声，高暗噪声和非常大的量阱容量，因此其具有大的动态范围，适合于强信号的检测。对近红外(NIR)阵列探测器来说，标准的InGaAs阵列在900-1700nm波长范围内相对于扩展型InGaAs或PbS阵列来说具有更高的动态范围。而PbS阵列与扩展型InGaAs阵列在各自的光谱响应范围内的动态范围相当。

使用内建的热电致冷控温器(TEC)对阵列探测器进行致冷控温是降低阵列探测器的暗电流和暗噪声并增强其动态范围和检测限的一种有效方法。图3-3是未进行致冷控温的CCD探测器和进行致冷控温的CCD探测器在60秒积分时间条件下的暗电流与暗噪声的对比图。当在室温条件下运行时，未进行控温的CCD的暗电流已接近饱和，而利用TEC cooler控温到10 °C的CCD的暗电流降低了4倍，其暗散粒噪声降低了2倍。这使得CCD探测器能够在长时间积分条件下检测弱的光学信号。当CCD探测器应用于要求不高的强光强检测如LED检测时，由于需要的积分时间较短，因此由TEC cooler致冷所带来的暗噪声降低的效果并不明显。但在这种情况下，对探测器阵列进行温控对长期检测的基线稳定性有很大的帮助。

         室温                                                     制冷至10摄氏度

图3-3 制冷和非制冷CCD探测器的暗电流（积分时间=60秒）