Навигация
5.3 Характеристики ФЭУ
Спектральная характеристика
Спектральная область чувствительности ФЭУ ограничивается с
длинноволновой стороны порогом чувствительности фотокатода, а с
коротковолновой . границей пропускания оптического окна. Наиболее часто в
ФЭУ используются следующие окна:
Материал Область пропускания
Стекло λ>320 нм
Увиолевое стекло
(без примесей Fe)
λ>180.200 нм
Кварцевое стекло λ>150 нм
Фтористый магний,
MgF2
λ>110 нм
Во всей видимой области спектра (400.700 нм) можно работать и со
стеклянным окном. Увиолевое позволяет охватить всю область ближнего
ультрафиолета, до так называемой вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) области1.
ФЭУ с кварцевыми окнами имеют смысл и при работе не в вакуумном УФ, так
как кварц более прозрачен, чем увиоль. Окна из MgF2 незаменимы в ВУФ. Этот
материал имеет практически рекордную область прозрачности (уступает только
LiF . 105 нм), но имеет хорошие механические свойства, спаивается со стеклом,
негигроскопичен. У чистого MgF2 довольно резкая граница пропускания.
Практически рабочая область простирается с ним до h ν = 11 эВ (112 нм). Дальше
просто нет прозрачных веществ, но при таких энергиях фотонов фотоэмиссия
идет довольно эффективно почти из всех материалов, так что в более
коротковолновой области можно использовать .открытые. умножители . то же,
что динодные системы ФЭУ, но изготовлены без баллона и помещаются
непосредственно в вакуумную камеру экспериментальной установки. Если
освещать первый динод, то получится ФЭУ с вполне приличными
характеристиками и темновыми токами порядка 1 электрона в секунду (с первого
динода).
Чувствительность фотокатода удобнее всего характеризовать
величиной квантового выхода фотоэмиссии Yк(hω) или квантовой
эффективностью Кλ. Это . безразмерные величины, равные отношению числа
эмиттированых электронов к числу поглощенных (или упавших) квантов света.
Yк(hω) или Кλ далеко не постоянны в рабочей области. Они отличны от нуля
только при hω ≥ hω0 = Iph, называемой порогом, или красной границей
фотоэффекта, или фотоэлектрической работой выхода. При продвижении в
коротковолновую сторону Yк(hω) быстро растет, пропорционально exp[Const ⋅(hω
– hω0)]. Величина Const зависит от типа материала и конструкции фотокатода.
Обычно фотокатоды . сложные двух- или многослойные системы, в которых
1 Кислород воздуха эффективно поглощает излучение, начиная примерно со 180.190 нм. Более
коротковолновая область требует вакуумирования приборов, отсюда и название.
приняты специальные меры к уменьшению поверхностного потенциального
барьера.
Рис.. Спектральные
характеристики
различных
фотокатодов фирмы
RCA (США):
1. сурьмяно-цезиевого;
2. оксидного;
3. мультищелочного;
4.6. сложных
фотокатодов с
отрицательным
сродством к
электрону.
Kλ. квантовая
эффективность
фотокатода
Наилучшими свойствами обладают так называемые фотокатоды с
отрицательным сродством к электрону . полупроводниковые системы, в
которых возбужденный в объеме фотоэлектрон выходит в вакуум без
дополнительного потенциального барьера. В них Yк(hω) быстро достигает
максимального значения, иногда более 0,5, и остается примерно постоянным в
относительно широкой области. Спектральная характеристика ФЭУ с такими
катодами может быть близка к П-образной. . В общем же случае
можно ожидать самых разных форм спектральной зависимости чувствительности,
в том числе и с выраженной структурой, как у оксидного фотокатода .
Для технических целей часто используется такая характеристика ФЭУ, как
спектральная чувствительность фотокатода. почти то же, что квантовый
выход, но отнесена к энергии падающего излучения, а не к числу квантов, и
приводится в единицах А/Вт. Например, для ФЭУ-130 (SbCsK-фотокатод,
спектральная область 200.650 нм, максимум чувствительности . 400…420 нм)
паспортная спектральная чувствительность на длине волны 410 нм (hω = 3.024
эВ) равна 0,03 А/Вт, т.е. квантовый выход фотоэмиссии Yк(3 эВ) = 0.091.
Традиционно приводится и светотехническая характеристика .
чувствительность фотокатода (интегральная, не спектральная), измеряемая в
единицах А/лм.
На рис. 2.7.8 приведены спектральные характеристики ряда ФЭУ
американской фирмы RCA, имеющих стеклянные или увиолевые окна.
Большинство отечественных ФЭУ имеют характеристики типа 1.3.
Все фотокатоды по спектральной характеристике грубо можно разделить на
три группы:
. инфракрасные (оксидный катод, порог . 1,2 мкм);
. УФ-видимые (сурьмяно-цезиевый и мультищелочные катоды с порогом
650.850 нм);
. .солнечно-слепые. или просто .слепые., нечувствительные к видимому
или даже ближнему УФ-излучению. Обычно их фотокатоды . металлы или
простые двойные соединения. Например, полупрозрачный CsJ-фотокатод на окне
из MgF2 чувствителен в области 112.210 нм (11.0.5.9 эВ), причем на 210 нм
его чувствительность составляет всего 1% от максимальной (ФЭУ-154).
В заключение отметим, что для каждого эксперимента нужно специально
подбирать ФЭУ. Спектральная характеристика не должна простираться далеко в
длинноволновую область, иначе будут чрезмерны термоэмиссионные темновые
токи с фотокатода, пропорциональные exp(–ФT/kT). По этой причине ФЭУ с
оксидным катодом применяют только в специальных случаях, когда необходима
длинноволновая граница чувствительности. Если нужно работать только в
ультрафиолете, предпочтение отдают сурьмяно-цезиевым или солнечно-слепым
фотокатодам.
5.6Область приминения
Применений ФЭУ (оптические дальномеры, лазерные локаторы, астронавигационная аппаратура и т. п.)
6.2Метод вывода информации с помощью фотоприёмных матриц
Матрица фотоприёмников (фотоматрица) служит для преобразования оптического изображения в электрические сигналы, причём каждый элемент функционирует как пороговый детектор, указывающий наличие или отсутствие светового сигнала в соответствующей позиции.
Различают два режима работы фотоприёмников: режим непосредственного отсчета и режим накопления заряда. В первом случае выходной электрический сигнал фотоприёмника в каждый момент времени пропорционален интенсивности падающего на него оптического сигнала, а во втором - полному световому потоку, падающему за время накопления. Так как мощность оптического сигнала, поступающего на вход отдельного элемента фотоматрицы, очень мала, то работа фотоприемников в режиме накопления заряда предпочтительнее.
| В последнее время при разработке фотоматриц наблюдается тенденция объединения фотоприемников с элементами транзисторной памяти. При этом к выходным сигналам фотоприемников предъявляется единственное требование - устанавливать триггер, являющийся элементом памяти, в нужное состояние. | ||||
| ||||
6.2 Фотоматрицы с накоплением заряда
Детектирование оптической страницы осуществляется следующим образом. В начале цикла на затворы МОП-транзисторов подаются коммутирующие импульсы и через открытые транзисторы производится заряд емкостей p-n переходов фотодиодов до максимального напряжения источника питания. Затем ФМ освещается оптическим изображением. При этом под действием падающего светового потока происходит разряд емкостей p-n переходов фотоприемников и напряжение на них падает на значение, пропорциональное мощности светового потока и длительности освещения.
Для считывания слова на соответствующую адресную шину подается коммутирующий импульс, который открывает ключевые транзисторы, соединенные с выбранной шиной. Тогда через фотодиоды, открытые транзисторы и входные цепи усилителей считывания потекут токи дозарядки. Ток, протекающий через отдельный фотодиод, зависит от потери заряда за период накопления и пропорцоинален числу фотонов света, попавших на фотодиод
6.3 Область приминения
В цифровых
камерах используются
два типа матричных
фотоприемников:
приборы с зарядовой
связью (ПЗС) и
фоточувствительные
сенсоры на
основе КМОП-структур.
(Трехслойные
сенсоры Foveon пока
не получили
широкого
распространения.)
Они состоят
из набора отдельных
чувствительных
к свету элементов.
Под действием
света на каждой
ячейке сенсора
накапливается
(формируется)
электрический
заряд, который
потом преобразуют
в напряжение
и считывают
с фотоприемника.
Так же используются
в цифровых
видеокамерах.
Важным направлением
совершенствования
систем наведения
ВТО является
внедрение
многоэлементных
матричных
приемников
излучения, что
позволяет не
просто обнаруживать
объект (цель),
но и, получив
его образ, распознать
цель.
Похожие работы
... реакция и происходит выделение и осаждение вещества на подложке, а газообразные продукты реакции уносятся потоком газа-носителя. 1.6 Приборы на основе КРТ Краткая справка. В 1959 г. началось развитие исследований твердых растворов Hg1-xCdxTe (HgCdTe) с переменной шириной запрещенной зоны, предоставляющих широкие возможности для создания ИК-детекторов. Технологии выращивания HgCdTe ...
... превышает шумы примерно в 2 раза, составляет для ПЗС около 10-4 лк·с. Фотоприемное устройство на ПЗС можно освещать со стороны затворов (электродов) или с обратном стоны. 3 Приборы с зарядовой связью в оптоэлектронике Одним из важнейших направлений развития оптоэлектроники является создание телевизионной системы на базе интегральных схем, начиная от передающей системы и кончая экраном. ...
... , поворота и масштабирования последовательности кадров, можно строить панорамное изображение, под которым здесь понимается покадровое совмещение изображений последовательности отдельных кадров, получаемой сканированием оптико-электронной системой (ОЭС) интересуемого участка пространства. Алгоритмически задача построения панорамного изображения из нескольких кадров близка к задаче пространственной ...
... планово предупредительных ремонтов: - капитальный – средний – текущий; - капитальный – средний; - текущий - капитальный; - по фактическому состоянию электрооборудования В цехе по ремонту наземного оборудования применяется система планово предупредительного ремонта – текущий - техническое Рассмотрим диагностирование двух видов: по оценке теплового состояния оборудования и по результатам ...
0 комментариев