陣列探測器的光譜覆蓋范圍主要取決于其材料。B&W Tek 提供三種不同材料的陣列式探測器，即硅基CCD陣列和硅基光電二極管陣列(PDA), InGaAs探測器陣列和PbS探測器陣列，可覆蓋從190-2900nm的寬波長范圍。

波長， μm

圖3-1 一些典型的探測器的D值（近似值）與波長的函數關系

硅基CCD陣列的D*的峰值出現(xiàn)在可見光范圍，數值大概為1013 cm⋅Hz1/2/W，其光譜覆蓋范圍為190-1100nm，InGaAs陣列的波長覆蓋范圍為900-1700nm，其峰值D*大概為1012 cm⋅Hz1/2/W。擴展型InGaAs陣列的波長覆蓋范圍為1100-2600nm，峰值D*大概為1011 cm⋅Hz1/2/W。PbS陣列覆蓋范圍為1100-2900nm，峰值D*大概為1011 cm⋅Hz1/2/W。PbS陣列在>2000nm的波長范圍內比擴展型InGaAs陣列具有更高的靈敏度。

陣列探測器的光譜覆蓋范圍同樣也受到其結構的影響。前照射式CCD在可見光范圍內具有好的響應度(檢測靈敏度)，但其在紫外區(qū)(波長<380nm)的響應度很低，這是因為其感應區(qū)域上方的轉移電極對入射的紫外光子具有很高的吸收，這導致這類的CCD的紫外響應很低甚至沒有。為了提高這類CCD的紫外響應，往往采用在這類CCD表面涂上紫外增強涂層的辦法。這種涂層材料可以吸收紫外光子，然后在可見區(qū)以一定的轉化效率再發(fā)射出來，從而達到“增強”ＣＣＤ的紫外響應的效果，這些涂層一般僅能使前照射式CCD的紫外區(qū)的量子效率提高3-7%。薄型背照式CCD(BT-CCD)陣列由于其結構的不同，因此可以提供比前照射式CCD高得多的紫外響應*。另外，由于其收集光的方向與前照射式CCD不同，因此其表面的轉移電極不會使入射光衰減，所以BT-CCD在其響應范圍內的可見和近紅外區(qū)的響應也比前照射式CCD高。光電二極管陣列(PDA)由于讀出噪聲大，所以其檢測靈敏度低于CCD陣列，但是由于沒有CCD陣列表面的轉移電極，因此可以在整個硅的響應范圍(190-1100nm)內提供更好的光譜響應。另外，通過改變摻雜的材料，它的近紅外范圍內的響應還可以得到進一步的增強。

圖3-2 前照式 CCD 和背照式 CCD 的典型量子效率

*注：電子耦合器件(CCDs)可以在硅片內將光轉化為一定量的電子電荷。根據光接收面的不同，CCD一般分為兩類：前照射式CCD(如Sony ILX511和Toshiba TCD1304)和薄型背照式CCD。 前照射式CCD從器件前面接收和檢測光，由于其前部的氧化層、多晶硅電極和表面保護層對光都會進行吸收和反射，因此前照射式CCD的峰值量子效率僅有40-55%左右(見圖3-3)。另外，前照射式CCD對紫外光的響應很低甚至沒有。為了解決這個問題，人們設計發(fā)明了薄型背照式CCD，它通過化學蝕刻和打磨等方法使其硅層的厚度降低到15μm左右。光從CCD的背面進入，從而避免了表面的轉移電極對光的阻擋，另外還可以在薄的背面再涂上防反射涂層以提高BT-CCD響應。因此，與前照射式CCD相比，BT-CCD在寬的波長范圍內都具有更高的量子效率(峰值大于90%)。在短波近紅外區(qū)域，波長較長的光將會在BT-CCD的正面和背面進行多次反射從而形成干涉，因此BT-CCD在這個區(qū)域內的光譜響應會呈現(xiàn)一定形狀的干涉譜形。由于BT-CCD的產量低，制造工藝復雜，因此其售價大大高于前照射式CCD。

光探測器即使在沒有入射光存在的情況下也會有很小的輸出信號，這被稱為暗電流或暗輸出。暗電流是由于熱生電子的移動所產生的，因此與環(huán)境溫度有很緊密的關系。一般來說，對于硅基探測器， 當溫度減低5-7度時，其暗電流將降低一半，反之，當溫度升高5-7度時，其暗電流將增加一倍。

在陣列探測器如CCD陣列中，噪聲主要來源于：讀出噪聲(readout noise)、光子散粒噪聲(photon shot noise)、暗散粒噪聲(dark shot noise)和固定圖形噪聲(fixed pattern noise)。讀出噪聲是由于CCD的輸出級和外部電路的電子噪聲所造成，其在很大程度上限定了CCD光譜儀的檢測限。光子散粒噪聲與入射在CCD上的光子數的統(tǒng)計變化有關，而暗散粒噪聲與暗狀態(tài)下產生的電子數的統(tǒng)計變化有關。這兩種散粒噪聲都符合泊松分布。光子散粒噪聲與入射光子流量的平方根成正比，而暗散粒噪聲與暗電流的平方根成正比。固定圖形噪聲是相鄰像元之間的光響應的差異造成，其主要由像元間的量子效率的差異所引起，該量子效率的差異又是由CCD制造過程中所產生的像元面積和膜厚的不一致性所造成。一個陣列式探測器的總噪聲等于這四種噪聲源的平方根和。

動態(tài)范圍指的是一個探測器能夠準確測量到的累加在噪聲水平上的信號的范圍。動態(tài)范圍定義為飽和電荷(滿量阱容量)除以噪聲。（參考如前所述生產廠家對探測器噪聲的定義）。對硅基陣列探測器來說，非科研級的前照式CCD(如Sony ILX511)具有低讀出噪聲和小量阱容量，因此其動態(tài)范圍小，適合于測量要求不高的弱信號。薄型背照式CCD屬于科研級器件，其具有低讀出噪聲，低暗噪聲和更大的量阱容量的特點，因此其具有更大的動態(tài)范圍，適合于需要高信噪比的弱信號檢測。PDA具有高讀出噪聲，高暗噪聲和非常大的量阱容量，因此其具有大的動態(tài)范圍，適合于強信號的檢測。對近紅外(NIR)陣列探測器來說，標準的InGaAs陣列在900-1700nm波長范圍內相對于擴展型InGaAs或PbS陣列來說具有更高的動態(tài)范圍。而PbS陣列與擴展型InGaAs陣列在各自的光譜響應范圍內的動態(tài)范圍相當。

使用內建的熱電致冷控溫器(TEC)對陣列探測器進行致冷控溫是降低陣列探測器的暗電流和暗噪聲并增強其動態(tài)范圍和檢測限的一種有效方法。圖3-3是未進行致冷控溫的CCD探測器和進行致冷控溫的CCD探測器在60秒積分時間條件下的暗電流與暗噪聲的對比圖。當在室溫條件下運行時，未進行控溫的CCD的暗電流已接近飽和，而利用TEC cooler控溫到10 °C的CCD的暗電流降低了4倍，其暗散粒噪聲降低了2倍。這使得CCD探測器能夠在長時間積分條件下檢測弱的光學信號。當CCD探測器應用于要求不高的強光強檢測如LED檢測時，由于需要的積分時間較短，因此由TEC cooler致冷所帶來的暗噪聲降低的效果并不明顯。但在這種情況下，對探測器陣列進行溫控對長期檢測的基線穩(wěn)定性有很大的幫助。

         室溫                                                     制冷至10攝氏度

圖3-3 制冷和非制冷CCD探測器的暗電流（積分時間=60秒）