評(píng)價(jià)一臺(tái)CCD或EMCCD相機(jī)級(jí)別高低或質(zhì)量?jī)?yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)是信噪比（SNR）。科學(xué)客觀的信噪比定義為：
其中，QE為CCD芯片的量子效率，N**為各種噪聲，P為信號(hào)入射到像素上的光子通量，G為EMCCD的放大倍率（對(duì)CCD而言，G=1），F為噪聲因子。由上式可以清楚看到，信噪比若想獲得提升，不僅要盡量降低各種噪聲，更要努力提高芯片的量子效率。
量子效率主要由芯片的光敏硅層吸收光電子的能力所決定，而這層光敏層，亦稱擴(kuò)散區(qū)。僅在該區(qū)域中，光子轉(zhuǎn)化成電子-空穴對(duì)，并由電場(chǎng)禁錮在像素中，然后電荷再依序被讀出。
光子可以進(jìn)入光敏硅層的深度與入射光的波長(zhǎng)有關(guān)。波長(zhǎng)越短，光子進(jìn)入的行程越短；波長(zhǎng)越長(zhǎng)，進(jìn)入的行程越長(zhǎng)。前者更靠近硅層表面，吸收深度越小；而后者可以進(jìn)入硅層較深的內(nèi)部，吸收深度越大。但波長(zhǎng)大于1.1μm的光子，無力創(chuàng)造出一對(duì)電子-空穴對(duì)，所以不能被硅基CCD芯片所探測(cè)。因此，對(duì)任何波長(zhǎng)大于此的入射光而言，硅基CCD此時(shí)均是“透明”的。
下圖為入射光波長(zhǎng)與吸收深度的關(guān)系，可以非常容易地得出如上的結(jié)論。
從吸收光子的結(jié)構(gòu)方式來講，CCD芯片分前感光芯片和背感光芯片兩類。前者的典型結(jié)構(gòu)如下圖所示：
可見入射光子必須先穿越電結(jié)構(gòu)，才能到達(dá)光敏層；在部分入射光子通量到達(dá)光敏層之前，又不可避免地被電結(jié)構(gòu)所吸收和反射。在此種結(jié)構(gòu)下，可以被轉(zhuǎn)化成電子-空穴對(duì)的光子，其波長(zhǎng)下限值大約在350nm，波長(zhǎng)更短的光子，由于其對(duì)應(yīng)的吸收區(qū)只能存在于光敏層表面，而不能產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。即便在可見光區(qū)，由于入射光通量的結(jié)構(gòu)性損失，QE也僅僅可以達(dá)到大約50%。
背感光芯片采取了翻轉(zhuǎn)式工作模式，其光敏層經(jīng)過特定工藝處理后，直接接收入射的光子。其典型結(jié)構(gòu)如下圖所示：
更厚的光敏層為波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光子提供了更大更長(zhǎng)的吸收路徑，從而提升了芯片在相對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)間的量子效率。背感光芯片通常由于在全波段具有更高的量子效率而在弱信號(hào)測(cè)量和近紅外測(cè)量領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。
但與背感光芯片提供較高量子效率伴生的一個(gè)不利效應(yīng)，就是其在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)。背感光芯片前后兩個(gè)彼此平行的表面，構(gòu)成了類F-B干涉儀的兩個(gè)鏡片，在滿足兩個(gè)表面間距與入射相干光波長(zhǎng)匹配條件的情況下，對(duì)特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，形成了干涉條紋。這種干涉條紋，對(duì)本真的待測(cè)信號(hào)，可以施加高達(dá)40%的有害周期調(diào)制因子，嚴(yán)重削弱了數(shù)據(jù)的可信性，給科研工作者的工作，帶來了大的負(fù)面影響。
F-B干涉儀的基本原理，如下圖所示：
背感光CCD芯片基于光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)所產(chǎn)生的典型干涉條紋如下圖所示：
如此嚴(yán)重的調(diào)制影響，到底是否可以*消除？若不能，怎樣才能zui大限度地降低其負(fù)面作用？我們將在下篇中予以說明，敬請(qǐng)關(guān)注。
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