- •2. Приемники оптического излучения (5,0 п. Л.)
- •2.1. Принципы действия приемников излучения
- •2.2. Основные параметры и характеристики приемников излучения
- •2.3. Тепловые приемники излучения
- •2.3.2 Теплопередача в приемниках излучения
- •2.3.3. Устройство основных видов тепловых приемников излучения
- •2.3.4. Термоэлектрические приемники излучения
- •2.3.5.1. Матрицы микроболометров?
- •2.3.6. Пироэлектрические приемники излучения
- •2.3.7. Дилатометрические приемники излучения
- •2.3.7.1. Оценка основных величин, характеризующих работу оап
- •2.4. Фотоэлектрические приемники излучения
- •2.4.1. Фотоэмиссионные приемники излучения
- •2.4.1.1.Основные законы фотоэффекта и закономерности фото-
- •2.4.1.3. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом (фэ),
- •2.5. Полупроводниковые приемники излучения
- •2.5.1. Фоточувствительные материалы и их оптические свойства
- •2.5.2. Конструктивная схема чувствительного элемента (чэ) приемника
- •2.5.3. Устройство фоторезисторов и фотодиодов
- •2.5.4. Фоторезисторы
- •2.5.4.1. Спектральная характеристика чувствительности фоторезистора
- •2.5.4.2. Собственные шумы и пороговый поток излучения фоторезистора
- •2.5.4.3. Быстродействующие фоторезисторы
- •2.5.5. Фотогальванические приемники излучения
- •2.5.5.1. Фотодиод с гомогенным p-n – переходом
- •2.5.5.2. Фотодиод Шоттки
- •2.5.5.3. Гетерофотодиод с p-n – переходом
- •2.5.6. Лавинные фотодиоды
- •2.5.6.2. Собственные шумы и пороговый поток
- •2.5.6.3. Фотоэлектрические преобразователи
2. Приемники оптического излучения (5,0 п. Л.)
Известные приемники оптического излучения можно разделить на тепловые, фотоэлектрические, фотохимические, фотобиологические и пондеромоторные.
В современных науке и технике наиболее распространены так называемые электрические тепловые и фотоэлектрические приемники, которые при облучении вырабатывают выходной сигнал в виде изменения электрического тока или напряжения. Поэтому приемником оптического излучения, как правило, называют элемент оптико-электронной системы, предназначенный для преобразования энергии оптического излучения в энергию электрических сигналов. В тепловых приемниках выходной сигнал (или эффект) возникает при облучении чувствительного элемента (ЧЭ) вследствие изменения его температуры; фотоэлектрические приемники вырабатывают выходной сигнал вследствие изменения фототока (эмиссионного тока - в приемниках с внешним фотоэффектом; тока, обусловленного изменением фотопроводимости ЧЭ в фоторезисторах; и тока (или фотоЭДС) в фотогальванических элементах (или фотодиодах); в пондеромоторных приемниках выходной эффект обусловлен механическим давлением света на ЧЭ в виде подвижной преграды.
2.1. Принципы действия приемников излучения
Принципы действия тепловых и фотоэлектрических приемников излучения (как наиболее распространенных на практике) можно сформулировать следующим образом.
В тепловых приемниках поток излучения поглощается свободными или связанными носителями заряда, сообщается, как правило, всему объему ЧЭ и превращается в тепло. При этом ЧЭ приобретает температуру, избыточную над ее начальным установившимся значением. Избыточную температуру, являющуюся мерой падающего на приемник потока излучения, определяют по изменению какого-либо электрического параметра:
электрического сопротивления или электроемкости – в болометрах,
термоЭДС (или термотока) – в термоэлементах,
пиротока – в пироэлектрических приемниках,
размеров ЧЭ – в дилатометрах.
Достоинством тепловых приемников является возможность достижения неселективной чувствительности в относительно широкой области спектра, а недостатком – их значительная инерционность, обусловленная теплоемкостью ЧЭ.
В фотоэлектрических приемниках кванты излучения обычно поглощаются связанными носителями заряда, которые, получив избыточную над равновесной энергию, переходят в возбужденное состояние. При переходе возбужденных носителей из связанного в свободное состояние в полупроводниковом ЧЭ увеличивается концентрация носителей заряда, которые в зависимости от их энергии, свойств полупроводника и условий, в которых он находится, могут двигаться внутри ЧЭ под действием сил внешнего или внутреннего электрического поля либо даже могут выходить за пределы ЧЭ (в последнем случае наблюдается внешний фотоэффект). При фотоэффекте изменение температуры ЧЭ практически не происходит благодаря его большой теплоемкости или достаточному теплоотводу. Фотоэлектрические приемники излучения по сравнению с тепловыми обычно характеризуются меньшей инерционностью, но отличаются большей селективностью чувствительности.