3. Недостатки фотоэмиссионных приборов.

Основным недостатком фотоэмиссионных приборов является ограниченная спектральная область чувствительности. В коротковолновой (ультрафиолетовой - УФ) области спектра обычные фотоэмиссионные приборы нечувствительны при   0,15 мкм из-за низкой прозрачности окон. Можно расширить область чувствительности до 0,12 мкм, используя дорогостоящие и быстро деградирующие окна из LiF, а «безоконные» трубки (например, с пластинками GaAs толщиной 10 мкм) могут быть использованы вплоть до рентгеновского диапазона. Для регистрации УФ излучения используют также приборы, чувствительные в видимой области спектра. На их входные окна наносят специальные покрытия, преобразующие УФ излучение в видимое, например из салицилового натрия, который флуоресцирует в области чувствительности трубки. В таких устройствах нет жесткого верхнего предела энергии квантов для фотоэмиссионного приема.

В длинноволновой (ИК) области спектра ограничение определяется предельно малым откликом в области длин волн более 1 мкм.

В последнее время достигнуты существенные успехи в увеличении чувствительности в красной области спектра и в расширении ИК спектральной области чувствительности вплоть до 1,5 мкм и дальше.

Фотоэмиссионные приемники с высокой эффективностью работают в диапазоне длин волн 0,1 мкм и до 1,1 мкм и более; теоретически возможно расширение диапазона до 2 мкм. В этом спектральном диапазоне фотоэмиссионные приемники обладают уникальными свойствами по сравнению с другими фотоприемниками. Фотоэмиссионная чувствительность за пределами области 1,5...2 мкм возможна в системах фотоэмиттеров с приложенным электрическим полем.

Фотоумножитель - электровакуумный прибор, преобразующий оптическое излучение (ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное) в электрический сигнал с последующим его усилением и состоящий из фотокатода, динодной умножительной системы и анода. Преобразование оптического излучения в электрический сигнал осуществляется за счет эмиссии электронов с поверхности фотокатода при облучении его оптическим излучением (внешняя фотоэмиссия или внешний фотоэффект). Усиление происходит вследствие эмиссии вторичных электронов с поверхности расположенных друг за другом динодов, на которые подается ускоряющий потенциал. Усиление путем вторичной электронной эмиссии можно реализовать в материалах, в которых каждый падающий электрон с большой энергией вызывает эмиссию нескольких вторичных. Используя последовательно включенные диноды даже с коэффициентом вторичной эмиссии, равном 3, для прибора с 14-ю динодами можно получить усиление 3¹⁴  5 10⁶. Для динодов выбирают материалы с темновым током и шумом, меньшим, чем у катода, так чтобы шум ФЭУ был обусловлен фотонным шумом или шумом темнового тока фотокатода. Ток динодов ограничен дефокусировкой электронного облака, нагревом анода, шумами и эффектами, связанными с образованием пространственного заряда. Устойчивый максимальный коэффициент усиления K_max=10⁷. При работе фотоумножителя в импульсном режиме, когда не возникает проблема нагрева можно получить K_max=10⁸.

Фотоэлемент - электровакуумный (или газонаполненный) прибор, преобразующий оптическое излучение в электрический сигнал и состоящий из фотокатода и анода. В отличие от фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), фотоэлементы не имеют динодной умножительной системы, а поэтому не обладают свойством усиления потока электронов, вылетающих из фотокатода. Тем не менее существует способ усиления фототока фотоэлемента. Он основан на использовании несамостоятельного разряда в наполненном инертным газом (обычно аргоном) баллоне фотоэлемента, который возникает в результате ионизации газа, происходящей при движении электронов, вылетающих из фотокатода под действием света, к аноду. Эффект газового усилении у газонаполненных фотоэлементов начинает проявляться при напряжении более 50В. При напряжении около 240 В коэффициент газового усиления у различных приборов может достигать значений К=610. Диапазон спектральной чувствительности фотоэлементов определяется типом используемых в них фотокатодов Основные параметры и характеристики фотоэлементов почти такие же, как у фотоумножителей, но приведенные ко входу первого динода.

Электронно-оптический преобразователь (ЭОП) - электровакуумный прибор, предназначенный для усиления яркости оптического изображения, создаваемого оптической системой, а в отдельных случаях и для преобразования спектрального состава излучения (например, инфракрасного изображения в видимое . Простейший однокамерный ЭОП состоит из фотокатода, системы формирования электронного изображения (электронно-фокусирующей системы) и люминесцентного экрана. При низком уровне освещенности наблюдаемых объектов яркость изображения последних на экране простейших однокамерных ЭОП недостаточна для наблюдения глазом. В этих случаях применяют многокамерные ЭОП, в которых достигается эффект усиления яркости за счет последовательного соединения друг с другом нескольких камер, каждая из которых представляет собой простейший однокамерный ЭОП.

Серьезным недостатком ЭОП упомянутых выше конструкций является неравномерное разрешение по полю экрана (на краях экрана ЭОП разрешение в 58 раз ниже, чем в центре), а также большие габаритные размеры (особенно у многокамерных ЭОП). Неравномерность разрешения по полю обусловлена трудностью обеспечения равномерной фокусировки электронного изображения при расположении фотокатода на экрана ЭОП в параллельных плоскостях. Как известно, оптимальные условия для фокусировки электронного изображения имеют место в том случае, когда фотокатод и экран выполняются на сферических поверхностях. Это конструктивное решение возможно в ЭОП, у которых на входе н выходе имеются волоконно-оптическиские пластины (ВОП), состоящие из множества тонких (диаметром 1020 мкм) стеклянных волокон, оптически изолированных друг от друга. Наружные поверхности ВОП выполнены плоскими, а внутренние - сферическими, на одной из которых нанесен фотокатод, а на другой - экран. ЭОП с ВОП на входе и выходе имеют равномерное разрешение по всему полю зрения.

Усиление яркости изображения ЭОП может достигаться не только за счет увеличения числа каскадов усиления (камер), но и за счет применения микроканального усиления.

Фокусировка электронного изображения в ЭОП может осуществляться также с применением магнитной фокусирующей системы или смешанной электростатической и электромагнитной фокусировки. В этих случаях эффективность фокусировки по полю экрана выше, чем при чисто электростатической фокусировке. Для регистрации быстропротекающих процессов (ядерных, процессов развития разряда в газе и др.) используются импульсные ЭОП. Действие этих основано на применении в конструкции изделия электронного затвора (системы плоскопараллельных отклоняющих пластин, на которые подается импульсное запирающее напряжение) и системы пластин круговой развертки изображения по экрану. При совместном действии затвора и пластин круговой развертки ЭОП работает в режиме высокоскоростного фоторегистратора. На экране ЭОП получается последовательность из нескольких кадров, расположенных по кругу. С помощью таких ЭОП может быть получено временное разрешение до 3 10^-12 с.