Тема Приемники оптического излучения Назначение классификация Параметры и

Тема: Приемники оптического излучения. Назначение, классификация. Параметры и характеристики. ПРИЕМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ - устройства, предназначенные для обнаружения или измерения оптического излучения и основанные на преобразовании энергии излучения в другие виды энергии, более удобные для непосредственного измерения (тепловую, механическую, электрическую и другие). Разнообразие типов приемников оптического излучения определяется многочисленностью способов преобразования энергии и невозможностью создать приемники, одинаково чувствительные во всём оптическом диапазоне. Приемники излучения, преобразующие невидимое рентгеновское, ультрафиолетовое или инфракрасное излучение в видимое, назыавают преобразователями.

По принципу действия приемники оптического излучения (ПОИ) делятся на следующие группы: - тепловые (термоэлементы, пироэлектрические приёмники, болометры, оптико-акустнч. приёмники), - фотоэлектрические – на внутреннем и внешнем фотоэффекте (фотоэлементы, фотоумножители, вентильные фотоэлементы, фотодиоды, фототриоды), - фотохимические. По спектральному диапазону чувствительности ПОИ разделяют на: - неселективные, чувствительность которых не зависит от длины волны падающего излучения в широком диапазоне, и - селективные, чувствительность к-рых ограничена определ. участком спектра. Различают также: одноэлементные и многоэлементные, неохлаждаемые и охлаждаемые ПОИ.

Тепловые приемники излучения (ПИ)

Почему черный бархат кажется намного темнее, чем черный шелк ? Ответ. Предмет кажется более темным, чем больше света он поглощает. На ворсистой поверхности бархата лучи света испытывают неоднократные отражения, а при каждом отражении от черной поверхности большая часть света поглощается.

Фотоэлектрические приемники излучения (фотопроводимости).

Схема эксперимента по исследованию фотоэффекта. Из света берется узкий диапазон частот и направляется на катод внутри вакуумного прибора. Внутренний фотоэффект - это фотоэффект, при котором оторванные от своих атомов или молекул электроны остаются внутри освещаемого вещества в качестве свободных. Внутренний фотоэффект в кристаллических полупроводниках и некоторых диэлектриках состоит в том, что под действием света электропроводимость этих веществ увеличивается за счет возрастания в них числа свободных носителей тока - электронов проводимости, то есть происходит переход электрона из одной энергетической зоны (валентной) в другую (проводимости).

Фоторезисторы (фотосопротивления) - под действием падающего оптического излучения в них происходит изменение проводимости вследствие образования в них носителей заряда (электронов и дырок). Фотоны с энергией достаточной для перехода носителя из валентной зоны в зону проводимости вызывают внутренний фотоэффект, увеличивая в зоне проводимости и в валентной зоне число носителей заряда

Внешний фотоэффект Простейший фотоэлемент с внешним фотоэффектом представляет собой вакуумированный стеклянный баллон, на часть внутренней поверхности которого нанесён фоточувствительный слой (фотокатод). В центре баллона находится анод в виде сетки или кольца; между анодом и катодом приложена разность потенциалов, создающая ускоряющее электрическое поле. Электроны, вылетающие из фотокатода при его освещении, попадают под действием поля на анод, создавая ток во внеш. цепи. Область спектральной чувствительности фотоэлемента зависит от материала фотокатода. Широкое распространение получили три типа фотокатодов: Sb - Cs с областью чувствительности 160 -250 нм; Ag - О - Cs - 400 -1000 нм; мультищелочной (Sb, К, Na, Cs) - 400 -80 нм.

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком. Фотокатод — электрод вакуумного электронного прибора, непосредственно подвергающийся воздействию электромагнитных излучений и эмитирующий электроны под действием этого излучения. Зависимость спектральной чувствительности от частоты или длины волны электромагнитного излучения называют спектральной характеристикой фотокатода.

Итак: Пороговая чувствительность – минимальный поток излучения, который может быть обнаружен на фоне собственных шумов подробнее: минимальный поток излучения, вызывающий на выходе приёмника сигнал, равный напряжению собственных шумов или превышающий их в заданное число раз. Шумами называют хаотичные сигналы со случайными амплитудами и частотами, возникающими в цепи включения приёмника при отсутствии измеряемого потока излучения. Т. к. мощность шумов приёмника зависит от площади чувствительной площадки приёмника и существенна в полосе частот усилителя сигнала, то для сравнения различных приёмников служит пороговая величина потока излучения, отнесённая к единичной полосе пропускания (1 Гц), единичной площади и измеряемая в Вт/Гц. На практике используют обратную величину, называемую обнаружительной способностью. Эта характеристика, будучи независимой от размера чувствительной площадки, удобна для сравнения различных типов приёмников.

Постоянная времени - время, за которое сигнал на выходе приёмника нарастает от нуля до значения, равного 0, 63 от стационарного значения. Этот параметр служит мерой способности приемника оптического излучения регистрировать оптические сигналы минимальной длительности, а также определяет максимально возможную частоту модуляции потока излучения, регистрация которого происходит ещё без искажения. Приемники оптического излучения обладают и частотной характеристикой - зависимостью чувствительности приёмника от частоты модуляции падающего на него излучения. Вид этой характеристики определяется постоянной времени и видом модуляции.