ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Источники и приемники оптического излучения

Часть II

СПЕЦПРИЁМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Конспект лекций

Москва 2006 год

Содержание

I. Общие вопросы

1. Классификация приемников излучения

2. Параметры приемников излучения

3. Характеристика приемников излучения

II. Селективные приемники излучения

1. Фотоэмиссионные приемники излучения

2. Фотоэлементы

3. Фотоэлектронные умножители

4. Электронно-оптические преобразователи

5. Диссекторы

6. Иконоскоп

7. Суперортикон

8. Видикон

9. Фоторезисторы

10. Способы охлаждения ПИ

11. Фотодиоды

12. Фототранзисторы

13. Фототиристоры

14. Многоцветные ПИ

III. Тепловые ПИ

1. Термоэлементы

2. Болометры (термисторы или терморезисторы)

3. Оптико-акустические ПИ

4. Диэлектрические ПИ

5. Пироэлектрические ПИ

IV. Координатные ПИ

1. Многоэлементные координатные фотоприемники (МКФ)

2. Фотопотенциометр

3. Функциональные ПИ (ФР или ФД или болометры)

4. Инверсионные фотодиоды

5. Сканисторы

6. Приборы с зарядовой связью (ПЗС)

V. Оптроны и оптоэлектронные микросхемы

VI. Жидкокристаллические приборы

Человеческий глаз

I. Общие вопросы

1. Классификация приемников излучения (ПИ)

ПИ или фотоприемник – в основном устройство для преобразования оптического сигнала в электрический. Под оптическим сигналом будем понимать излучение в диапазоне длин волн от 10^-8 до 10³ мкм (от космических лучей до дальнего ИК). К ПИ относят также преобразователи ИК, УФ, рентгена в видимое излучение. К ПИ относят устройства, преобразующие оптическое излучение в химические, биологические и др. процессы (глаз, фотоматериалы).

ПИ разделяются на фотоэлектрические, тепловые и фотохимические. Фотоэлектрические непосредственно изменяют свои электрические свойства под воздействием облучения (внешний и внутренний фотоэффекты). Эти ПИ являются селективными, т.к. оба фотоэффекта определяются энергией фотона, т.е. длиной волны излучения.

Тепловые ПИ неселективны, т.к. в них облучение преобразуется в нагрев и зависит только от полной энергии облучения.

В фотохимических ПИ энергия облучения вызывает различные химические процессы.

Существует классификация ПИ и по другим признакам.

- По области спектральной чувствительности (УФ, видимое, ИК и др.)

- По рабочей температуре (неохлаждаемые, охлаждаемые Т~70-195 К, глубокоохлаждаемые. Т<20К).

- По назначению, конструктивным признакам (бескорпусные в вакууме)

2. Параметры пи

Параметр характеризует определенное свойство ПИ и служит критерием оценки его качества. Его можно измерить или вычислить.

Чувствительность пи

Чувствительность - отношение изменения электрической величины к количественной характеристике излучения, вызвавшего это изменение.

S_Фе – чувствительность к лучистому потоку [1/Вт]

S_фν – чувствительность к световому потоку [1/лм]

S_Ее - чувствительность к облученности [м²/Вт]

S_Еν - чувствительность к освещенности [1/лк]

- токовая, - вольтовая [ мА, мВ/Вт, лм]

S_инт – интегральная чувствительность к немонохроматичному излучению

S_λ – спектральная чувствительность в заданной области (части) спектра

Ф_п – пороговый поток или порог чувствительности – минимальный поток излучения, который на выходе приемника дает сигнал равный сигналу шума.

Или Ф_п – среднеквадратичное значение синусоидально-модулированного потока излучения, при котором среднеквадратичное значение напряжения (тока) сигнала равно среднеквадратичному значению напряжения (тока) шума (в заданной полосе частот)

( )

По оценке пороговой чувствительности нет единообразия в разных справочниках и учебниках. Чаще (и правильнее) определяют удельный пороговый поток (Вт/см.Гц^1/2) – в единичной полосе частот, отнесенный к единичному по площади чувствительному элементу (или лм/см.Гц^1/2).

Ф_п^* - удельный порог чувствительности – лм/Гц^1/2, Вт/Гц^1/2. Иногда указывают ЭДС шума. Иногда указывают обнаружительную способность (бывает в заданной, бывает в единичной полосе частот).

( )