Приймачі випромінювання (стр. 3 из 4)

Рисунок 4- Електронно-оптичний перетворювач

Рисунок 5- Характеристики відносної спектральної чутливості

Електронно-оптичним перетворювачем (ЕОП) називається діючий на основі зовнішнього фотоефекту пристрій (рис. 4), яке оптичне зображення, що створюється об'єктивом на фотокатоді 2, перетворює у видиме зображення, що спостерігається на випромінюючому екрані (аноді) 5. ЕОП представляє персоною скляний балон 3, всередовищані якого розташована електростатична або магнітна система4, що фокусує електрони, емітовані фотокатодом. Оскільки число електронів пропорціональне локальний освітленості, що випускаються фотокатоду, то на екрані, покритому випромінюючим шаром, утвориться видиме зображення предмета. Спектральні характеристики фотокатодів ЕОП ті ж, що у фотоелементів і ФЕУ. Покриттями екранів служать дрібнозернисті люмінофор жовто-зеленого свічення для спостережень і фіолетово-синього свічення для фотографування. Час післясвітіння екранів різних типів складає

с. Лінійне збільшення ЕОП, що визначається відношенням розміру зображення на екрані до розміру зображення на фотокатоді, становить 0,5-2 для різних типів ЕОП. Дозволяюча здатність ЕОП в центрі і на краю поля зображення відповідно дорівнює і . Велику групу фотоелектричних приймачів складають фоторезистори, робота яких основана на використанні внутрішнього фотоефекта, що призводить до зміни опори приймача під дією потоку випромінювання. Фоторезистор являє собою фоточутливий шар напівпровідникового матеріалу, що вміщується на підкладку. Фоторезистор має два електроди для включення в електричний ланцюг послідовно з навантажувальним резистором, падіння напруження на якому є робочим сигналом. Існує три групи фоторезисторів: плівкові, наприклад сірчисто-свинцеві (PbS), селенисто-свинцеві (PbSe), телуристо-свинцеві (РЬТе); монокристалічесні на основі антимоніда індія (InSb) і телуридів ртуті і кадмію (HgCdTe); леговані домішками (германій (Ge), легований ртуттю (Hg), золотом (Аї)).

Фоторезистори, чутливі до випромінювання з довжинами хвиль до 3 мкм, використовують без охолоджування, а фоторезистори, діючі в діапазонах 3‑14 мкм, вимагають охолоджування. Фоторезистор звичайно вміщується в корпус із захисним вікном, а при охолоджуванні в судину Дьюара з хладагентом: твердою вуглекислотою (195 К) або рідким азотом (77 К). Для більшості фоторезисторів при охолоджуванні чутливого шара максимум спектральної характеристики зміщується в довгохвильову область спектра, виключення складають фоторезистори на основі антимоніда індія, у яких при охолоджуванні спектральна характеристика зміщується в область коротких хвиль. Інтегральна чутливість різних фоторезисторів становить 500‑6000 мкА/лм, постійна часу коливається від

до с, а темновий струм, що визначає поріг чутливості приймача, досягає декількох десятків мікроампер.

Рисунок 6- Фотодіодний і фотогальванічний режими фотодіодів

Останнім часом широке застосування в приладах ІЧ-техніки знаходять багатоелементні приймачі на основі InSb і InAs одномірні у вигляді лінійки з 10 або 20 елементів і двомірні, що складаються з 100 однакових елементів. Виявна здатність одномірного приймача на основі InSb з лінійкою з 10 елементів у формі квадратів зі стороною 0,25 мм складає.

Іншу групу приймачів випромінювання з внутрішнім фотоефектом складають фотодіоди - приймачі, основані на використанні односторонньої провідності

-переходу. Фотодіоди можуть працювати як з джерелом живлення (рис. 6, а) фотодіодний режим, так і без джерела живлення (рис. 6, б) - фотогальванічний режим. Спектральна чутливість фотодіодів (рис. 5) залежить від матеріалу чутливого шара: Ge, Si, GaAs, Se (фотодіоди, що не охолоджуються ), InSb, InAs, HgCdTe (фотодіоди, що охолоджуються ).

Рисунок 7- Схема інверсійного приймача

Світлова характеристика фотодіодів лінійна в широких межах. Інтегральна чутливість фотодіодів різних типів складає від декількох одиниць до десятків міліампер на люмен, поріг чутливості не перевищує величини порядку лм, постійна часу більшості фотодіодів не більш

с.

Велику в порівнянні з фотодіодами інтегральну чутливість (до декількох ампер на люмен) мають фототранзистори, відмінні від фотодіодів наявністю декількох

-переходів і не тільки індицюючі фотострум, але і що посилюють його. Поріг чутливості фототранзисторів вище, ніж у фотодіодів. Характеристики відносної спектральної чутливості і параметри деяких типів фотодіодів і фототранзисторів зображені на рис. 7.

Окрему групу приймачів випромінювання утворять координатні приймачі, по вихідному сигналу яких визначають координати плями зображення джерела випромінювання на чутливій поверхні. До координатних приймачів відносяться інверсійні фотодіоди, багатоелементні приймачі, прилади із зарядовим зв'язком (ПЗС).

Інверсійні фотодіоди приймачі з подовжнім фотоефектом, що полягає в тому, що при нерівномірному освітленні напівпровідникового переходу крім поперечної ЕДС між і

-областями виникає фотоЕДС, направлена вздовж переходу. Схема інверсійного приймача зображена на рис. 7, а, де 1- висновки, 2- пляма, зміщена на відстань від центра чутливого майданчика. Вихідний сигнал залежить від зміщення плями і потоку випромінювання, що поступає на приймач. При наявності у приймача чотирьох висновків (в двох взаємно перпендикулярних напрямах) можна визначати дві координати плями відносно центра приймача.

Чутливі шари інверсійних фотодиодів виготовляють з германія, кремнію, антимоніда індія, селену. Перевагами інверсійних фотодиодів є: незалежність точності вимірювання від розміру плями розсіяння; можливість зміни положення нульової точки інверсійної характеристики за допомогою постійного напруження на висновках, що використовується в ряді швидкодіючих оптико-електронних приладів; можливість внутрешної електронної модуляції вихідного сигналу, що дозволяє змінювати крутість інверсійної характеристики і використати підсилювачі змінного струму. Чутливість інверсійних фотодиодів досягає

, поріг чутливості рівний по випромінювачу з К (германієві фотодіоди) і Вт при видаленні плями від центра на 9,5 мм (кремнієві фотодіоди); постійна часу не перевищує декількох мікросекунд.

Багатоелементні координатні приймачі мають чутливий шар, що складається з декількох окремих елементів. За допомогою багатоелементного приймача можна здійснювати перегляд кутового поля оптичної системи без механічного сканування, що спрощує конструкцію деяких оптико-електронних приладів. Прикладом найпростішого двохкоординатного приймача є фотодіод, чутливий майданчик якого розділений на чотири неповних елементи 0,001‑0,5 мм. Багатоелементні приймачі мають ті ж характеристики, що і інверсійні фотодіоди.

ПЗС, що є двомірними матрицями на основі структур метал - діелектрик - напівпровідник, використовуються для зберігання і передачі інформації, перетворення інформації, укладеної в потоку випромінювання, в електричні сигнали, їх зберігання і прочитання. ПЗС-структури застосовуються в пристроях введення і виведення (відображаючі пристрої, пристрої пам'яті). На основі ПЗС розробляються передаючі телевізійні камери, ширококутні тепловізори без механічного сканування.

За допомогою ПЗС-структур зовнішня електрична або світлова інформація перетворюється в заряди (зарядові пакети), що розміщуються на поверхні діелектрик-N-підкладка. Читання інформації здійснюється при переміщенні зарядів вздовж поверхні при подачі напруги на електроди.

У телевізійних передаючих камерах на основі ПЗС-структур використовується властивість самосканування ПЗС. Потенційний рельєф (картина) зарядів, що зберігається в матриці ПЗС відповідає розподілу яскравості об'єкта. Візуалізація картини здійснюється переміщенням зарядів до вихідного прочитаного пристрою і перетворенням їх у відеосигнал.

Матеріалами для ПЗС служать кремній, германій, сульфід цинку, антимонід індія та ін. Недоліками ПЗС є велика інерційність (постійна часу порядку декількох мілісекунд), а також необхідність охолоджування (крім ПЗС на основі кремнію) до температури 5-77 К в залежності від матеріалу.