13.3 Приёмники излучения

Приёмник излучения – устройство предназначенное для преобразования энергии оптического излучения в другие виды энергии (сигналы другой физической природы) или в оптическое излучение с другой длиной волны с целью их обнаружения и использования информации, которую они несут.

Приёмники излучения подразделяются на следующие типы:

- фотоэлектрические. Принцип действия основан на непосредственном значении их электрических свойств под воздействием излучения, т.е. явлении внешнего и внутреннего фотоэффекта (испускания электронов веществом под действием электромагнитного излучения). К ним относятся: фотодиоды, фоторезисторы, фотоумножители и т.д.

- тепловые. Принцип действия основан на преобразование оптической энергии сигнала в теплоту, а потом в электрическую цепь.

По чувствительному элементу тепловые приемники излучения делят: с твердым веществом (термоэлементы – появление термоЭДС; болтомеры – при поглощенном излучении изменяется сопротивление электическому току); с газовым веществом (оптико-акустические - увеличение объема газа с поглощением излучения; счетчики фотонов – ионизация газа вызывает в нем электрический разряд, т.е. регистрируется импульс).

- фотохимические. Преобразуют оптическое излучение в химическую энергию.

На ряду с одноэлементными приемными элементами используются многоэлентные с отдельными приемными элементами с дискретно или неравномерно распределенными по поверхности. Они служат для получения двухмерного объекта от излучения (фотопластинки, фотопленки, тепловизерные матрицы и т.д.) .

13.3.1 Параметры и приемников излучения.

Световые параметры

– интегральная чувствительность – чувствительность к немонохроматическому (интегральному) потоку излучения

– монохроматическая чувствительность – чувствительность к монохроматическому излучению

– квантовая чувствительность – отношение числа квантов вызвавших фотоэффект к суммарному числу квантов, попавших на приемник излучения.

Временные параметры.

Собственная постоянная времени. К ней относятся: постоянная спада τ_сп и постоянная нарастания τ_н. Интервал времени после прекращении облучения, по истечении которого спадающее по экспоненте напряжение фото-сигнала, уменьшается в 1/е-раз называется постоянной спада τ_сп. Интервал времени от начала облучения до приемника излучения до момента, когда нарастающие по экспоненте напряжение достигнет величины (1-1/е, т.е. 63%) от установившегося значения при длительном облучении называется постоянной нарастания.

Разброс постоянной спада и постоянной нарастания для однотипных приёмников излучения не превышает 5-10%. У некоторых приемников излучения постоянная спада τ_сп неравна постоянной нарастания τ_н. У фоторезисторов интервал времени нарастания или спада определяется временем жизни носителей, У фотодиодов - временем полета носителей от места преобразования до p-n перехода. У фотоэлементов временем полета носителей от фотокатода к аноду с учетом их неизохромности (неодновременного прилета на анод, что дает задержку). У тепловых приемников- временем тепловых процессов.

Граничная частота (f_гр) показывает частоту синусоидально-модулированного потока излучения, при которой чувствительность порога излучения падает до значения 0,707 от чувствительности при немодулированном излучении вследствие его инерционности.

Электрические параметры

Сопротивление приемника излучения. Параметр особо важен при выборе и расчете схемы включения. Для фоторезисторов различают тепловое сопротивление R_т (измеряется при отсутствии облучения приемника) и световое сопротивление R_с (измеряется при установившейся освещенности 20 люкс и T=20 градусов Цельсия). Отношение теплового к световому называется кратностью фоторезистора . Для фотодиодов применяется параметр дифференциального сопротивления отношение малого приращения напряжения сигнала к фототоку при заданной освещенности.

Емкость приемника излучения – электрическая емкость. Вместе с сопротивлением определяют постоянную времени релаксации ( ) электрической цепи приемника излучения.

Эксплуатационные параметры

Рабочее напряжение – напряжение выдаваемое приемником излучения.

Максимальная рассеиваемая мощность при которой обеспечиваются номинальные параметры источника излучения при длительной работе при заданных условиях.