ПРИЁМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

исключающим друг друга.
Работа любого приёмника излучения основана на взаимодействии излучения

с чувствительным элементом приёмника.

два класса:
ТЕПЛОВЫЕ Реагируют на количество энергии, потраченной на нагревание приёмного элемента.

Тепловая энергия обычно преобразуется в электрическую с помощью какого-либо физического явления.
ФОТОННЫЕ Реагируют на количество фотонов, поглощённых в приёмном элементе. Действие большинства фотонных приёмников основано на явлении фотоэффекта. Они вырабатывают электрический сигнал и поэтому называются фотоэлектрическими.

по всей приёмной
площадке.

Многоэлементные

Содержится много приёмных элементов и они
регистрируют одномерное,

двумерное или даже
трехмерное изображение спектра.

мощности к мощности шумов поступающих вместе с ним.

мгновенным. Быстрота реакции
приёмника связана с физическими процессами,
протекающими в нём при

освещении.

Пороговая чувствительность
Характеризуют минимальным сигналом на выходе
приёмника, который можно заметить на фоне его
собственных шумов.

Джонсона)
Низкочастотные шумы

полупроводниковые болометры
- термоэлементы
- оптико-акустические
- пироэлектрические приёмники

происходящем вследствие поглощения оптического излучения.
Рабочий элемент болометра должен наилучшим образом

поглощать падающее на него излучение и максимально изменять своё электрическое сопротивление при нагреве.

БП-2 применяется в основном, в аппаратуре автоматического контроля обнаружения перегретых букс подвижного состава на железнодорожном транспорте. Для использования в медицинском оборудовании специально разработан и изготовлен болометр БП-2-1. В настоящее время новые модификации болометра БП-2 проходят испытания в метрологических приборах в области
санитарии, охраны труда и строительства.

воздуха. Чем меньше потери тепла за счёт теплопроводности и излучения,

тем выше чувствительность.
Для улучшения теплоотвода элемент наклеивают на массивную диэлектрическую подложку с хорошей теплопроводностью (кристаллический кварц).
При понижении температуры уменьшаются теплоёмкость болометра и шумы. Наилучшей обнаружительной способностью обладают самые низкотемпературные болометры.

Например, угольный болометр, работающий при температуре кипящего при откачке гелия (2К).

(термопары).
Принцип действия термопары основан на том, что нагревание или охлаждение контактов

между проводниками, отличающимися химическими или физическими свойствами, сопровождается возникновением термоэлектродвижущей силы (термоэдс). Термопара состоит из двух металлов, сваренных на одном конце (hot junction). Эта часть ее помещается в месте замера температуры. Два свободных конца подключаются к измерительной схеме (милливольтметру).

только за счёт излучения и теплопроводности стержней. Используемые материалы: висмут

и сурьма, висмут и теллур, обеспечивающие максимальное значение термо-ЭДС при минимальном электрическом сопротивлении и низкой теплопроводности.

Термоэлементы всегда работают при комнатной температуре. Охлаждение их нецелесообразно, так как с уменьшением температуры падает и величина термо-ЭДС.

сложнее других тепловых приёмников по конструкции, но обладают преимуществами -

высокой чувствительностью и большой приёмной площадкой.

эффекте, т. е. на температурной зависимости спонтанной поляризации пироэлектриков.

П. п.

относятся к классу тепловых приёмников излучения. П. п. можно рассматривать как генератор напряжения, внутреннее сопротивление которого имеет ёмкостный характер, следовательно он пригоден только для регистрации потоков излучения переменной интенсивности.

бария, титаната свинца и др.) с электродами, нанесёнными на поверхности,

перпендикулярные полярной оси пироэлектрика.
Электрод, обращенный к источнику излучения, покрывают слоем поглотителя. Оптические свойства поглощающего покрытия определяют область спектральной чувствительности
П. п.: она лежит в диапазоне длин волн от десятых долей мкм до нескольких мм. Предельная чувствительность П. п. постоянна в достаточно широком диапазоне частот, что позволяет применять его при частотах модуляции излучения до десятков Мгц (др. тепловые приёмники могут применяться при частотах модуляции до десятков гц).

внешний. Это определяет более длинноволновую спектральную область чувствительности полупроводниковых приемников.

Чистые полупроводники чувствительны в области спектра от видимой до длин волн 7-8 мкм, полупроводники с примесями – и в более далекой ИК области.
В фотоэлектрических полупроводниковых приемниках в основном используют два вида внутреннего фотоэффекта – эффект фотопроводимости и фотовольтаический эффект, т.е. эффект возникновения ЭДС или тока в цепи. Соответственно приемники делятся на фоторезисторы и фотовольтаические приемники.

в цепь постоянного или переменного тока после­довательно с сопротивлением нагрузки

(измерительным прибором). Напря­жение питания составляет от единиц до сотен вольт. Без освещения в цепи течет слабый темновой ток; при освещении ток возрастает за счет появления фотоэлектронов. В объеме полупроводника происходит создание фотоэлек­тронами новых носителей заряда путем ударной ионизации, поэтому кванто­вый выход такого фотоприемника может быть значительно больше единицы. Величина усиления фототока зависит от приложенного напряжения, геомет­рии фоторезистора и свойств его материала.

слоем (р-n-переходом), может преобразовывать световую энергию в электрическую и наоборот.

Первый случай соответствует прием­никам оптического излучения.
Второй случай — преобразование электриче­ской энергии в световую — осуществляется в светодиодах и полупроводни­ковых лазерах

фотоэффекта, происходит поглощение света с образованием па­ры электрон — дырка.

Под действием электрического поля UБ электрон перемещается в n-область, а дырка в p-область. На контактах, подведенных к р- и n-областям, возникает вентильная фото-ЭДС ΔU.
Отклик фотоприемника с р-n-переходом можно регистрировать двумя способами (рис. 5.16): в фотодиодном режиме, когда во внешней цепи имеет­ся источник тока, и в фотовентильном, когда фотоприемник непосредственно подсоединен к измерительному прибору и измеряется его собственная фото-ЭДС, или фототок.

Они работают при обратном напряжении, близком к на­пряжению пробоя Uпроб(рис.

5.17). При освещении ЛФД происходит лавино­образное нарастание числа носителей заряда, размножающихся путем удар­ной ионизации. Усиление фототока в ЛФД может достигать 10-2-106. Наряду с этим они сохраняют быстродействие, свойственное обычным фотодиодам.
Более сложные структуры с внутренним усилением сигнала называются фототранзисторами. Наряду с ростом чувствительности у транзисто­ров наблюдается увеличение инерционности, поэтому произведение ширины полосы на коэффициент усиления остается таким же, как у диодов. Фототран­зисторы характеризуются также большим шумом, худшей стабильностью и меньшим диапазоном линейности отклика, чем фотодиоды.

напряжение не в запорном, как в случае фотодиодов, а в

прямом направлении. При этом через светодиод течет ток. Дырки переходят (инжектируются) в
n-область, а электроны — в р-область, образуя избыточную концентрацию носителей тока. И в той и в дру­гой областях происходит рекомбинация электронно-дырочных пар с отдачей энергии либо в виде тепла, либо в виде излучения фотонов. Если вероятность излучательной рекомбинации велика, наблюдается излучение света с энерги­ей фотонов, примерно равной ширине запрещенной зоны полупроводника.

При очень высокой плотности тока (порядка сотен А/см:) в светодиоде образуется высокая концентрация пар и возникают условия, благоприятные для вынужденного рекомбинационного излучения (лазерной генерации).

многоэлементные и многоспектральные для широкого спектра электромагнитного излучения, охлаждаемые термоэлектрической

батареей и неохлаждаемые.

Предназначены для применения в качестве фоточувствительных элементов в различных электронных схемах и приборах. В частности для эксплуатации в спектрально-аналитической, тепловизионной, пирометрической аппаратуре и системах обеспечения безопасности.