Физический энциклопедический словарь - приёмники оптическогоизлучения

585

чения, усреднённую по мн. периодам колебания поля, т. к. время реакции приёмника независимо от того, на каком физ. явлении он основан, определяется процессами переноса и релаксации, к-рые происходят медленнее, чем колебания светового поля.

Важными параметрами, характеризующими св-ва и возможности разл. типов П. о. и., явл.: п о р о г о в а я ч у в с т в и т е л ь н о с т ь — миним. поток излучения (к-рый может быть обнаружен на фоне собств. шумов П. о. и.), отнесённый к единице полосы рабочих частот (измеряется

в Вт/Гц^1/.2); к о э ф ф. п р е о б р а з о в а н и я (интегральная чувствительность, относит. чувствительность), к-рый связывает падающий поток излучения с величиной сигнала на выходе П. о. и.; п о с т о я н н а я в р е м е н и — время, за к-рое сигнал на выходе П. о. и. нарастает до определённого уровня (этот параметр служит мерой способности П. о. и. регистрировать оптич. сигналы миним. длительности); с п е к т р а л ь н а я х а р а к т е р и с т и к а — зависимость чувствительности П. о. и. от длины волны излучения. П. о. и., у к-рых чувствительность слабо зависит от длины волны в широком диапазоне длин волн, наз. н е с е л е к т и в н ы м и, в отличие от с е л е к т и в н ы х П. о. и., имеющих на спектральной хар-ке чётко выраженные максимумы и (или) минимумы.

Разнообразие типов П. о. и. определяется многочисленностью способов преобразования энергии и невозможностью создать П. о. и. одинаково чувствительными во всём оптич. диапазоне. Поглощение энергии оптич. излучения вызывает изменение состояния в-ва его чувствит. элемента. Таким изменением может быть повышение темп-ры, к-рое в свою очередь вызывает изменение разл. параметров вещества: давления газа, электропроводности тв. тела, электрич. поляризации диэлектрика и др. П. о. и., основанные на этом принципе, наз. т е п л о в ы м и. Наиболее распространённые П. о. и. этого типа — металлич. и полупроводниковые болометры и термоэлементы, применяются также мол. радиометры, оптикоакустич., пироэлектрич. приёмники и др. Действие болометров основано на изменении электрич. сопротивления металла или полупроводника при изменении темп-ры, вызванном поглощением падающего потока оптич. излучения. Изменение темп-ры поглощающей поверхности термоэлементов, пропорциональное падающему на неё излучению, приводит к появлению в них соответств. термоэдс. П и р о э л е к т р и ч е с к и е П. о. и. обычно изготавливают из сегнетоэлектриков; при вз-ствии с излучением на их

поверхности появляются статич. электрич. заряды. В о п т и к о-а к у с т и ч е с к и х и п н е в м а т и ч е с к и х (газовых, жидкостных) П. о. и. регистрируется либо увеличение (в результате повышения темп-ры) объёма поглощающей среды, либо акустич. волны (звук), возникающие в ней при поглощении оптич. излучения. Д и л а т о м е т р и ч е с к и е П. о. и. основаны на использовании теплового расширения тв. тел (см. Дилатометр). Тепловые П. о. и., как правило, неселективны и пригодны для измерения эл.-магн. энергии в широкой области спектра (0,2—50 мкм, иногда до 1000 мкм).

Порог чувствительности лучших тепловых П. о. и. 10^-11—10^-10Вт/Гц^1/2 при постоянной времени 10^-3 —10^-1 с. Сверхпроводящие полупроводниковые болометры, работающие при глубоком охлаждении (3—15 К), имеют порог чувствительности на уровне 10^-12 Вт/Гц^1/2 и постоянную времени 10^-4 с.

Ф о т о э л е к т р и ч е с к и е П. о. и. непосредственно преобразуют эл.-магн. энергию в электрическую. Их разделяют на П. о. и. с внеш. и внутр. фотоэффектом. К ним относятся фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, фоторезисторы, фотодиоды, электронно-оптические преобразователи, П. о. и. с фотоэлектромагн. эффектом, квантовые усилители оптич. диапазона. Эти П. о. и. селективны, и их реакция зависит от величины энергии отд. поглощённых квантов. Спектральная хар-ка П. о. и. с внеш. фотоэффектом имеет характерную длинноволновую (красную) границу в области 0,6—1,2 мкм, определяемую природой в-ва чувствит. элемента приёмника (см. Работа выхода). Фотоэлектрич. П. о. и. с внутр. фотоэффектом в зависимости от типа чувствительны и в далёкой ИК области спектра (до 10—30 мкм). Порог чувствительности П. о. и. с внеш. фотоэффектом может быть доведён до 10^-12—10^-15 Вт/Гц^1/2 при постоянной времени 10^-9 с. Порог чувствительности т.н. с ч ё т ч и к о в ф о т о н о в (полупроводниковых лавинных фотодиодов) ещё выше — до 10^-17 Вт/Гц^1/2. Предельная чувствительность фоторезисторов 10^-10—10^-12 Вт/Гц^1/2 при постоянной времени 10^-5—10^-7 с.

Для регистрации сверхкоротких импульсов лазерного излучения ИК диапазона разработаны новые П. о. п., основанные на увлечения эффекте светом носителей заряда. При наличии у эл.-магн. волны конечного импульса при вз-ствии излучения с в-вом (внутризонное поглощение на свободных носителях, переходы между подзонами в валентной зоне) возникает направленное движение носителей, к-рое регистрируется в виде тока или напряжения. П. о. и. такого типа имеют постоянную времени 10^-11—10^-10 с,

не требуют принудит. охлаждения в использования источников питания. Ещё большее временное разрешение, до 10^-14—10^-13 с, может быть получено при использовании приёмников с микроантенной на основе структур металл — окисел—металл, работающих как туннельный диод. Недостатком приёмников этого типа явл. их малая чувствительность.

П о н д е ро м о т о р н ы е (механические) П. о. и. реагируют на световое давление, для измерения к-рого можно использовать разл. типы датчиков (ёмкостный, пьезоэлектрический), но чаще всего используют крутильные весы. Применение приёмников этого типа ограничено, т. к. они очень чувствительны к вибрациям и тепловому излучению окружающей среды.

К фотохимическим П. о. и. относятся все виды фотослоев, используемых в совр. фотографии. В отличие от фотоэлектрич. и тепловых П. о. и. фотослой не только суммирует фотохим. действие излучения, но и обладает способностью сохранять его в течение длит. времени. Мерой величины поглощённой энергии служит оптическая плотность проявленного фотослоя.

К П. о. и. могут быть отнесены и глаза живых существ. Область спектра, в к-рой чувствителен глаз человека (0,4—0,8 мкм), наз. в и д и м о й о б л а с т ь ю. Человеческий глаз — селективный приёмник с макс. чувствительностью ок. 555 нм. Адаптированный в темноте глаз человека (см. Адаптация глаза) имеет пороговую чувствительность 10^-17 Вт/с, что соответствует неск. десяткам фотонов в 1 с. Глаза др. животных отличает большое разнообразие; так, глаза нек-рых насекомых реагируют на поляризацию света.

Для получения двумерного изображения излучающего объекта применяются м н о г о э л е м е н т н ы е П. о. и. с дискретно или непрерывно распределёнными по поверхности приёмными элементами. К ним относятся фотопластинки, фотоплёнки, электронно-оптические преобразователи, многоплощадочные полупроводниковые болометры и фоторезисторы, эвапорографы (см. Эвапорография).

П. о. и. применяются в спектроскопии, квантовой электронике, астрономии, в автоматич. системах управления и т. д.

• Справочник по лазерам, пер. с англ., под ред. А. М. Прохорова, т. 2, М., 1978; К р и к с у н о в Л. 3., Справочник по основам инфракрасной техники, М., 1918; Марков М. Н., Приемники инфракрасного излучения, М., 1968; Росс М., Лазерные приемники, пер. с англ., М., 1969.

Л. К. Капорский.