Описание установки
В лабораторной установке исследуется фотоэлектронный умножитель ФЭУ-35 с полупрозрачным сурьмяно-цезиевым фотокатодом. Область максимальной чувствительности данного ФЭУ находится в диапазоне 0.38-0.42 мкм. ФЭУ-35 имеет фотокатод диаметром 25 мм и восемь динодов.
Схема включения ФЭУ в лабораторной работе представлена на рис 1.
В качестве нагрузки ФЭУ в цепь анода включено сопротивление R = 51 кОм. Ток анода определяется по падению напряжения на анодном сопротивлении.
Анодная
чувствительность ФЭУ есть отношение
тока анода к величине свет
ового
потока и определяется в светотехнических
единицах А/лм.
Чтобы определить чувствительность ФЭУ, необходимо знать световой поток, падающий на фотокатод. Источником светового потока в лабораторной установке являются светодиоды АЛ102, излучающие на длине волны 0.69 мкм. Сила света, излучаемая светодиодом АЛ102ГМ, известна, силу света другого светодиода необходимо определить в лабораторной работе.
Сила света I есть отношение величины светового потока к величине телесного угла, в котором распространяется данный поток:
.
Единицей
измерения силы света является кандела
(кд). Кандела - это сила света, при которой
в телесном угле в один стерадиан в данном
направлении излучается мощность 1.464
мВт при длине волны источника излучения
555 нм (
).
За единицу светового потока в светотехнических единицах принимается люмен (лм). Люмен - это поток внутри угла в один стерадиан при силе света в одну канделу.
Чувствительность человеческого глаза при одинаковой энергетической мощности светового потока различна для различных длин волн. Зависимость чувствительности глаза от длины волны называется световой эффективностью или световой видностью V ,
,
где
-
световой поток,
т.е.
оцениваемая нашим глазом мощность,
выраженная в люменах,
-
полный поток излучения, выраженный в
ваттах. Максимальная чувствительность
глаза приходится на длину
волны
555
нм.
Световая эффективность этой длины волны
равна
.
Относительной
световой эффективностью К
называется отношение световой
эффективности излучения
любой другой волны к
.
На рис.2 приведена кривая спектральной чувствительности глаза для относительной световой эффективности.
Световая эффективность позволяет перевести светотехнические единицы измерения в энергетические (канделы в ватты).
Излучение
светодиода характеризуется также
диаграммой направленности, которая
показывает зависимость силы света от
угла, под которым ведется наблюдение.
В справочных данных приводится сила
света
,
излучаемая светодиодом в направлении,
перпендикулярном плоскости излучающего
кристалла светодиода.
Диаграмма направленности светодиодов АЛ102. взятая из справочника, приведена на рис.3.
П
редставленная
диаграмма направленности аппроксимируется
выражением
.
Световой поток, падающий на фотокатод зависит от расстояния светодиода до фотокатода и от площади фотокатода. Размеры и относительное расположение фотокатода и светодиода в лабораторной установке представлены на рис.4.
Т
елесный
угол - это отношение вырезанной конусом
на сфере площади к квадрату радиуса
этой сферы
.
Соответственно
элемент телесного угла
,
в
котором распространяется световой
поток, будет
.
Выразим
элемент телесного угла
через
угол
и элемент
.
Для этого рассмотрим рис.5.
И
з
рисунка находим:
;
.
Определим теперь световой поток, падающий на фотокатод, учитывая, что согласно диаграмме направленности сила света фотодиода зависит от угла распространения света.
Элемент светового потока равен
.
Полный световой поток падавший на фотокатод определим интегрированием по углу .
.
Сила
света излучаемая светодиодом зависит
от прямого тока через светодиод. Для
светодиода АЛ1102ГМ сила света известна
и
равна
мкд
(
кд)
при токе 10 мА.
Сила света другого светодиода определяется по измерениям, проводимым в лабораторной работе. Длина волны излучаемая светодиодами равна 0.69 мкм.