Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 28
Текст из файла (страница 28)
6 6.2). Очень часто в практике подобных расчетов приходится переходить от параметров, размерность которых выражена в световых единицах, к параметрам с размерностью в энергетических единицах. Например, значение токовой чувствительности кремниевого фотодиода приводится в единицах ампер на люмен, в то время как максимум его спектральной характеристики чувствительности приходится на ближнюю ИК область, где поток измеряется не в люменах, а в ваттах. Паспортная чувствительность в в амперах на люмен определяется по источнику — лампе с определенными температурой нити накала Тт (з'и 2856 К) и спектром Ф „и может быть с учетом формулы для све- Ю.Г.
Якушвнков. Теория и расчет оптико-электроннык приборов тового потока (см. 6 3.2) представлена для диапазона л, 1 как кк /вке„гфм с(1 дх Гт дф стал блб 683 /Тгктктфы скХ би Рассуждая так же, как и при выводе (6. 3), можно получить следующее выражение для токовой чувствительности в . определенной для излучателя со спектром Ф, в диапазоне Х ..
Аб: блб 683/вктклфквсР. кк /т вф„всб. кэ /Т ктк,фы сеХ в т,ф„сР (6.5) Фпк = Фп, тРсггсРл ° (6.6) Общую методику пересчета параметров можно свести к следующей последовательности действий: составляется развернутое — в спектральное э — выражение для известного (паспортного) параметра ПИ с учетом его размерности; составляется такое же выражение для искомого — пересчитываемого — параметра с учетом отличий в условиях работы ПИ и размерности по сравнению с паспортным параметром; полученная система из двух уравнений решается относительно искомой величины. Эта же методика может быть использована и при пересчете интегральных параметров в спектральные, т.е. при определении чувствительности ПИ к монохроматическому излучению.
Пусть, например, требуется определить чувствительность ПИ, откалиброванного по излучению известного спектрального состава Ф, для какой-либо длины волны Х (для монохроматического излучения) 148 Аналогично можно пересчитать и другие параметры, изменяющиеся с переходом к излучателю с новым спектральным составом излучения. Например, для пересчета порога чувствительности можно воспользоваться зависимостью (6.4), и если радиационный шум ПИ мал по сравнению с другими шумовыми составляющими, то формула для величин Фп в соответствии с (6.1) и (6.4) будет выглядеть следующим образом: Глава 6.
ПРиемник излучения как звено оптико-элвктронного прибора в абсолютных единицах вк = в „, (Х), если известны кривая спектральной чувствительности приемника в, построенная в относительных единицах, и значение абсолютной чувствительности ве = в„„,, измеренное в диапазоне Х ..А„, включающем Х. Поскольку абсолютную чувствительность для диапазона Х„..А„ можно выразить как /вкфк сР. ве =вк„„~к /Ф„с(1 то максимальная монохроматическая абсолютная чувствительность /Ф,8 кт Ккмк Е К вкф„с(Х (6.7) к» /Ф,а вклм = вкве к / вкфк сР. (6.8) Чувствительность в для всего диапазона длин волн, в котором работает ПИ приводится обычно в его паспорте (интегральная вольтовая или токовая чувствительность).
По аналогии для световых величин 683 в„в /Тгк в, (6.9) 149 Так как в = в„ /вк,„, то после подстановки в (6.7) в „искомая абсолютная спектральная чувствительность на длине волны Х определится как Ю.Г. Якушеиков. Теория и расчет оптико-злектроииык приборов к» ~ з,Ф, к(Л Фпч Фп к„ з,, )Ф,к(Л (6.10) а для монохроматического светового потока в люменах кп ) з Фкк(Л к„ Фпл, =Фп ВВЗз, )ТгкФкк(Л л (6.1 1) Для перехода к квантовой форме представления порогового потока Ф„„необходимо разделить (6.10) на энергию кванта, т.е. " - )(")= ""'(:и Для вычисления интегралов во всех приведенных выше выражениях можно воспользоваться любым из известных способов графического интегрирования. Аналитический способ чаще всего неприемлем, так как зависимость а трудно описать какой-либо функцией, а, кроме того, интегрирование функции Фк также представляется громоздкой операцией.
Можно значительно облегчить расчет, если заменить интегралы суммами, например, для (6.8): " 'Ф„ (6.13) 160 Здесь в, выражена в амперах на ватт (А Вт') или вольтах на ватт (В.Вт'); з — в амперах на люмен (А лм ') или вольтах на люмен (В лм '). Величина а„„, зависит не от вида источника (черное тело, лазер и т.д.), относительно которого она определяется, а лишь от квантового выхода на данной длине волны. Приведем некоторые удобные для практических расчетов формулы. Порог чувствительности в ваттах для монохроматического излучения с длиной волны Л, определяется как Глава 6.
Приемиик излучения как звено оптико-электронного прибора Если в рассматриваемом спектральном диапазоне спектральный коэффициент пропускания оптических сред — величина непостоянная, то в формулы (6. 7) — (6. 13) следует ввести функции т, как в (6. 3). 5.5. Основные виды приемников излучения, применяемых в оптико-злектронных приборах Рассмотрим краткую сравнительную характеристику основных групп и видов ПИ, наиболее широко используемых в оптико-электронном приборостроении, имея в виду, что подробному изложению физических принципов их работы, особенностей схем включения и других вопросов посвящена многочисленная литература [9, 16, 20, 24, 30, 36].
Фотоэмисснонные приемники (с внешним фотоэлектрическим эффектом). К этим приемникам относятся вакуумные и газонаполненные фотоэлементы (ФЭ) и фотоэлектронные умножителн (ФЭУ). В основе внешнего фотоэлектрического эффекта лежит эмиссия фото- электронов под действием падающего излучения. Эмиттируемые электроны под действием приложенного напряжения, создающего ускоряющее поле, направляются от эмиттера-катода к аноду, образуя во внешней цепи ток. Характеристики некоторых часто встречающихся на практике фотокатодов приведены в табл, 6.1. Параметры современных ПИ этого класса позволяют применять их как для регистрации чрезвычайно малых световых потоков (10'з...10п з лм), так и для приема очень мощных излучений.
Спектральные характеристики ФЭ и ФЭУ определяются типом фотокатода, и их постоянная времени обычно не превышает 10 в с. Токовая чувствительность ФЭУ зависит от числа каскадов умножения и напряжения питания и может достигать нескольких десятков ампер на люмен. При атом важно отметить относительно большой линейный участок световых характеристик ФЭУ. Линейная зависимость выходного тока от освещенности на фотокатоде иногда сохраняется при освещенности бое 10злк. К недостаткам ФЭУ следует отнести необходимость иметь высокое стабилизированное питающее напряжение (сотни и тысячи вольт), возможность потери эмиссионной способности некоторых типов ФЭУ при освещении значительными световыми потоками, сравнительную сложность схемы включения и большие габаритные размеры по сравнению с другими приемниками.
Шумы фотоэмиссионных ПИ зависят главным образом от дробового шума и низкочастотного фликкер-эффекта (эффекта мерцания). Для ФЭУ следует также учитывать шум, обусловленный вторичной эмиссией, и шум в нагрузке. Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптика-злектраннык приборов Таблица 6.1 Характеристики некоторых фотокатодов ]9, 24, 30] У фотоэмиссионных ПИ можно наблюдать весьма значительную неравномерность чувствительности по площади фотокатода. Основным методом борьбы с ней является создание оптической схемы прибора, при которой фотокатод облучается не в маленькой зоне, а по всей площади, т.е. применение конденсоров. Фоторезнсторы.
В основе работы фоторезисторов (рис. 6.3) лежит изменение электропроводности чувствительного слоя при облучении. Помимо полезного сигнала, поступающего обычно на фоторезистор в виде модулированного потока, часто имеется и посторонний мешающий фон. Наличие последнего вызывает уменьшение сопротивления В слоя и при отсутствии сигнала, что необходимо учитывать при выборе значения В„. Задача оптимального выбора параметров цепи включения облегчается, если известны энергетические и фоновые характеристики приемника. Иногда более целесообразно использовать зависимость изменения сопротивлении приемника от освещенности, т.е. В =~ (Е].
Зта характеристика позволяет выбрать сопротивление нагрузки В„, находящееся в оптимальном соотношении с Рис. 6.3. Типовая схема включения фоторезистора Глава б. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора сопротивлением приемника В, при различных освещенностях чувствительного слоя. Значения интегральнои и вольтовои чувствительности, измерен ные при отсутствии постоянного фона, будут отличаться от значений, полученных при наличии фона. При этом меняется и уровень шума на выходе фоторезистора. В этих условиях пороговый поток также изменяется. У многих типов фоторезисторов при достижении определенного значения У„наступаетрезкоеувелнчениеуровняшумаприсравнительно небольшом нарастании сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
