63359 (Характеристики компонентов волоконно-оптических систем передачи), страница 5

а для непрерывного спектра излучений, заключенного между длинами волн соответственно имеем

В таб. 1.2 приведены оценочные значения величин яркости и освещенности, создаваемых различными источниками света.

4. ПРИЕМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

4.1 Классификация приемников излучения

Приемник оптического излучения (фотоприемник, ФПМ) - это опто-электронный прибор, предназначенный для приема и преобразования оптического излучения в какие-либо другие виды энергии. По механизму преобразования энергии можно разбить на три основные группы (рис. 2.1) [4,5]:

• фотоэлектрические, работающие на основе внутреннего и внешнего фотоэффекта:

• тепловые, преобразующие оптическую энергию сначала в тепловую, а потом в электрическую или какую-либо иную;

• фотохимические, преобразующие энергию излучения в энергию химических реакций.

4.2 Параметры и характеристики ФПМ

Для описания технических свойств ФПМ с целью их эффективного применения разработана система параметров и характеристик - ГОСТ 21934-83 и ГОСТ 20526-82. В этом разделе рассмотрим те из них, которые наиболее важны при разработке электронных устройств на основе оптоэлек-тронных приборов [6, 7].

2.2.1. Параметры напряжений, сопротивлений и токов ФПМ

1. Рабочее напряжение - постоянное напряжение, приложенное к ФПМ, при котором обеспечиваются номинальные параметры при длительной его работе.

2. Темновой ток - ток, протекающий через ФПМ при указанном напряжении на нем в отсутствие потока излучения в диапазоне спектральной чувствительности.

3. Фототок - ток, проходящий через ФПМ при указанном напряжении на нем, обусловленный только воздействием потока излучения с заданным спектральным распределением.

1. Общий ток - ток ФПМ, состоящий из темнового тока и фототока.

2. Напряжение (ток) фотосигнала - изменение напряжения (тока) на ФПМ, вызванное действием на ФПМ потока излучения источника фотосигнала.

3. Темновое сопротивление - сопротивление ФПМ в отсутствие падающего на него излучения в диапазоне его спектральной чувствительности.

4. Световое сопротивление - сопротивление ФПМ при воздействии на него потока излучения в диапазоне его спектральной чувствительности.

Рис. 2.1. Классификация приемников оптического излучения

4.2.2 Параметры чувствительности фотоэлектронных приборов

1. Чувствительность - отношение изменения значения электрической величины на выходе ФПМ, вызванного падающим на него излучением, к количественной характеристике этого излучения, представленной любой энергетической или фотометрической величиной. Наиболее часто используются:

• чувствительность ФПМ к потоку излучения ;

• чувствительность к световому потоку или

• чувствительность к облученности ;

• чувствительность к освещенности или

• вольтовая чувствительность

• токовая чувствительность

1. Интегральная чувствительность - чувствительность ФПМ к излучению данного спектрального состава.

2. Монохроматическая чувствительность - чувствительность ФПМ к монохроматическому излучению.

3. Наклон люксометрической характеристики фоторезистора - тангенс угла наклона линейного участка люксометрической характеристики, построенной в двойном логарифмическом масштабе.

4.2.3 Пороговые и шумовые параметры ФПМ

1. Напряжение шума ФПМ - среднее квадратичное значение флуктуации напряжения (общего тока) в цепи ФПМ в заданной полосе частот.

2. Порог чувствительности - среднее квадратичное значение первой гармоники действующего на ФПМ модулированного потока излучения сигнала с заданным спектральным распределением, при котором среднее квадратичное значение первой гармоники напряжения (тока) фотосигнала равно среднему квадратичному значению напряжения (тока) шума в заданной полосе на частоте модуляции потока излучения.

3. Порог чувствительности в единичной полосе частот или ЫЕР
среднее квадратичное значение первой гармоники действующего на ФПМ
модулированного потока излучения источника фотосигнала с заданным
спектральным распределением, при котором среднее квадратичное значение
первой гармоники напряжения (тока) фотосигнала равно среднему квадра
тичному значению напряжения (тока) шума, приведенному к единичной по
лосе на частоте модуляции потока излучения.

4. Удельный порог чувствительности или - порог чувствительности, приведенный к единичной полосе частот и единичному по площади фоточувствительному элементу.

5. Обнаружительная способность - величина, обратная порогу чувст вительности,

6. Удельная обнаружительная способность - величина, обратная удельному порогу чувствительности,

4.2.4 Параметры спектральной характеристики ФПМ

1. Длина волны максимума спектральной чувствительности ^.„акс ~ длина волны, соответствующая максимуму спектральной характеристики чувствительности.

1. Коротковолновая (длинноволновая) граница спектральной чувствительности - наименьшая (наибольшая) длина волны монохроматического излучения, при которой монохроматическая чувствительность ФПМ равна 0,1 ее максимального значения.

2. Область спектральной чувствительности - диапазон длин волн спектральной характеристики, в котором чувствительность ФПМ составляет не менее своего максимального значения.

4.2.5 Геометрические параметры ФПМ

1. Эффективная фоточувствительная площадь ФПМ (А_Эф) ^_ площадь фоточувствительного элемента эквивалентного по сигналу ФПМ, чувствительность которого равномерно распределена по фоточувствительному элементу и равна номинальному значению локальной чувствительности данного ФПМ. Определяется соотношением

где - номинальное значение локальной чувствительности в точке

(обычно центр чувствительного элемента в ФПМ); А - полная площадь чувствительного элемента ФПМ: - чувствительность к потоку излучения точки на фоточувствительном элементе ФПМ с координатами

1. Плоский угол зрения - угол в нормальной к фоточувствительному элементу плоскости между направлениями падения параллельного пучка излучения, при которых фотосигнал уменьшается до заданного уровня.

2. Эффективное поле зрения - телесный угол, определяемый соотношением

где - напряжение фотосигнала; - азимутальный угол; - угол между направлением падающего излучения и нормалью к фоточувствительному элементу.

4.2.6 Параметры инерционности ФПМ

1. Время нарастания (спада) или соответственно – ми нимальный интервал времени между точками нормированной переходной (обратной переходной) характеристики со значениями 0,1 и 0,9 соответственно.

2. Время установления переходной характеристики ФПМ по уровню - минимальное время от начала импульса излучения, по истечении

которого максимальное отклонение нормированной переходной характеристики от установившегося значения не превышает

1. Предельная частота ФПМ - частота синусоидально модулированного потока излучения, при которой чувствительность ФПМ падает до значения 0,707 от чувствительности при немодулированном напряжении.

2. Емкость ФПМ С - собственная емкость ФПМ.

1. Спектральные характеристики ФПМ

1. Спектральная характеристика чувствительности - зависимость монохроматической чувствительности ФПМ от длины волны регистрируемого потока излучения.

2. Абсолютная спектральная характеристика чувствительности -зависимость монохроматической чувствительности, измеренной в абсолютных единицах от длины волны регистрируемого потока излучения.

3. Относительная спектральная характеристика чувствительности зависимость монохроматической чувствительности, отнесенной к значению максимальной монохроматической чувствительности, от длины волны регистрируемого потока излучения.

2.2.8. Основные характеристики зависимости параметров ФПМ

1. Энергетическая характеристика фототока ФПМ - зависимость фототока от потока или плотности потока излучения, падающего на ФПМ.

2. Энергетическая характеристика напряжения (тока I фотосигнала - зависимость напряжения (тока) фотосигнала от потока или плотности потока излучения падающего на ФПМ.

3. Частотная характеристика чувствительности ФПМ - зависимость чувствительности ФПМ от частоты модуляции потока излучения.

4. Переходная (обратная переходная) нормированная характеристика - отношение фототока, описывающего реакцию ФПМ в зависимости от

времени, к установившемуся значению фототока при воздействии импульса излучения в форме единичной ступени (при резком прекращении воздействия излучения).

Устройство р-i-п-фотодиода

В предыдущем разделе мы рассмотрели взаимодействие света с ри-переходом. На основе -переходов функционирует основная масса современных ФПМ. К числу наиболее простых и распространенных ФПМ относятся фотодиоды (ФД). Такие ФД представляют собой трехслойную структуру, в которой между слоями типов находится слаболегированный тонкий слой, или, как говорят, слой с собственной проводимостью. Такая структура позволяет сформировать тонкий высоколегированный ■слой, практически полностью пропускающий падающее излучение, на поверхности слоя с собственной проводимостью типа. Как известно, распространение обедненного слоя внутрь материала пропорционально удельному сопротивлению материала; особенно широк этот слой, следовательно, на границах

Обратного напряжения в несколько вольт достаточно, чтобы обедненная область распространилась на весь слой. Ширина слоя выбирается таким

Рис. 2.20.Конструкция и диаграмма, поясняющие действие фотодиода: