Класифікація і система умовних позначень приймачів оптичного випромінювання

Приймач оптичного випромінювання (фоточутливий прилад) придназначений для виявлення і (чи) виміру електромагнітного випромінювання оптичного діапазону і заснований на перетворенні енергії випромінювання в інші її види (у електричний сигнал, у видиме оптичне зображення).

Відсутність протягом тривалого часу єдиного стандарту, регламентуючого порядок привласнення умовних позначень різним групам приймачів оптичного випромінювання, і розробка їх підприємствами різних відомств зумовили існування для одних і тих же груп приймачів випромінювання різних умовних позначень. Останнім часом прийняті єдина класифікація приймачів оптичного випромінювання і система їх умовних позначень.

Залежно від фізичних явищ, покладених в основу принципу дії, і особливостей конструктивного виконання усі приймачі оптичного випромінювання діляться на три групи: фотоелектричні, фотоелектронні і теплові.

Фотоелектричні приймачі випромінювання засновані на використанні внутрішнього фотоефекту і напівпровідникової технології виготовлення (по конструктивному виконанню вони відносяться до напівпровідникових приладів).

У фотоелектронних приладах електронний потік (промінь) рухається під дією електричного поля у вакуумном або газонаповненому приладі. Переважаючим фізичним принципом дії фотоелектронних приладів являється фотоемісія електронів з фотокатода (зовнішній фотоефект). У окремих видах фотоелектронних приладів використовуються також внутрішній фотоефект (відікони) і тепловий ефект (піровідікони). Робота теплових приймачів випромінювання заснована на тепловому ефекті - зміні опору чутливого елементу при зміні його температури під дією поглиненого ним випромінювання. По конструктивному виконанню вони можуть бути також віднесені до напівпровідникових приладів.

Фотоелектричні і теплові приймачі випромінювання діляться на дві підгрупи, одна з яких є приладами, що тільки перетворюють оптичне випромінювання в електричний сигнал, а друга - прилади, які крім того, здійснюють обробку останнього. Цю групу приладів складають відповідно фотоприймальні і теплові пристрої (ФПП та ТПП).

Умовне позначення приймачів оптичного випромінювання складається з трьох елементів.

Перший елемент - буквений - означає приналежність до класифікаційного угрупування:

ФР – фоторезистори;

ФД – фотодіоди;

ФЕ – фотоелементи напівпровідникові;

ФТ – фототранзистори;

ФБ - багатоспектральні фотоприймачі

ФПО - одноелементні фотоприймальні пристрої;

ФПР -багатоелементні ФПП з розділеними каналами;

ФПК - багатоелементні ФПП з внутрішньою комутацією (окрім фоточутливих приладів з перенесенням заряду);

ФППЗ - фоточутливі прилади з перенесенням заряду;

ЛИ- передавальні телевізійні трубки;

ФП - фотопомножувачі;

Ф - фотоелементи електровакуумні в звичайному виконанні;

ФЕК - фотоелементи електровакуумні з коаксіальним виходом;

ЕПВ - электронно-оптичні перетворювачі (ЕОП) одно- і багато-модульні (окрім ЕОП з мікроканальним посиленням);

ЕПМ - ЕОП з мікроканальним посиленням;

ЕП - ЕОП однокамерні і багатокамерні;

ФП - фотоелектронні перетворювачі;

ФБХ - лампи біжучої хвилі з фотоемісією;

Б - болометри;

ПП - піроелектричні приймачі випромінювання;

ТЕ - термоелементи;

ТПП - теплові приймальні пристрої.

Другий елемент - число - означає порядковий реєстраційний номер розробки. Для усіх груп приймачів випромінювання (окрім передавальних телевізійнихтрубок) порядкові реєстраційні номери вибираються з ряду чисел від 1 до 999 включно. Порядкові реєстраційні номери для різноманітних груп передавальних телевізійних трубок встановлюються із наступних рядів:

201 .. 399 - суперортикони;

401 .. 599 - відікони;

601 .. 699 - дисектори;

701 .. 799 – супервідікони.

Третій елемент - буквений або цифробуквений - означає особливість конструктивного виконання або відмінності в рівні одного з параметрів приймача оптичного випромінювання. Для вказівки конструктивних особливостей пристроїв застосовуються буквені позначення:

Б - багатоелементні фоторезистори і фотодіоди або матричні ФПП з розділеними каналами і комутовані, а також ФППЗ;

К - координатний фотодіод;

Л - лавинний фотодіод або лінійні ФПП з розділеними каналами і комутовані, а також ФППЗ;

Б - біполярний транзистор або болометричне ТПП;

П - польовий транзистор або піроелектричне ТПП;

С - багатоспектральне багатоелементне ФПП з розділеними каналами;

Г - герметизовані ФЕП н ЕОП;

І - імпульсні ЕОП;

з - передавальна телевізійна трубка (ПТТ) для зеленого каналу;

ч - ПТТ для червоного каналу;

с - ПТТ для синього каналу;

я - ПТТ для яскравісного каналу;

цифрові позначення:

2- двокамерні або двохмодульні ЕОП;

3- трикамерні або трьохмодульні ЕОП.

Відмінності в рівні одного з параметрів приладів позначаються для усіх груп виробів (окрім ЕОП) тільки цифрами (з ряду 1, 2, 3, . n, де n - число вживаних градацій параметра приладу).

Для розподілу двох суміжних цифрових елементів умовного позначення застосовується дефіс.

Приклади умовних позначень :

ФР306Б- багатоелементний фоторезистор;

ФПР108Л - багатоелементний лінійний фотоприймальний пристрій з розділеними каналами;

ФПП34М - матричний фоточутливий прилад з перенесенням заряду; ЕПВ18-ЗГІ - трьохмодульний герметизований імпульсний ЕОП;

ЛІ432с - видикон для роботи в синьому каналі.

Короткі відомості про різні групи приймачів оптичного випромінювання

Фотоелектричні приймачі випромінювання

Фоторезистори є простими напівпровідниковими структурами з одним типом провідність, у яких під дією падаючих на них оптичне випромінювання відбувається зміна провідності внаслідок утворення в них носіїв заряду (електронів і дірок) і переходу електронів з валентної зони в зону провідності (фоторезистори з власною фотопровідністю), з валентної зони на домішковий рівень або з домішкового рівня в зону провідності (фоторезистори з домішковою фотопровідністю). Фотодіоди є монолітними структурами, що містять дві області, з різними типами провідність (n- і р- типу), що утворює область об'ємного заряду (звану р-n переходом). Під дією фотодіода оптичного випромінювання, що падає на одну з областей, його вольт-амперна характеристика змінюється.

Лавинні фотодіоди мають властивість внутрішнього посилення фотоструму, який протікає через освітлений р-n перехід. Механізм їх роботи заснований на використанні лавиноподібного наростання числа носієм заряду, що утворюються внаслідок ударної іонізації в р-n переході, ширина якого більше довжини вільного пробігу неосновних носіїв заряду. Необхідна енергія для збудження валентних електронів неосновними носіями, що втягуються в область р-п переходу, надається шляхом створення в ній відповідною напруженості електричного поля.

Фототранзистор містить два р-n переходу (один з яких включений в прямому, а інший - в зворотному напрямах) і має властивість внутрішнього посилення електричного сигналу, що виникає під дією світла, що падає на одну з його областей (базу).

Фотоелементи напівпровідникові складаються з двох контактуючих матеріалів (метал - напівпровідник, напівпровідник - напівпровідник), які в контактній області створюють замикаючий шар, діючий по аналогії з р-n переходом фотодіода. При освітленні напівпровідника в ньому утворюються збудженні носії заряду, що розділяються і переміщувані замикаючим шаром до різних електродів, внаслідок чого між останніми виникає різність потенціалів, в тому числі іФОТО - ЕДС.

Фотоприймальний пристрій складається з одного або безліч фоточутливих елементів, що перетворюють оптичне випромінювання в електричний сигнал, і схеми попередньої обробки фотосигналу (наприклад, схем сполучення, посилення, комутації, стабілізації робочої точки та ін.), обєднанні в єдиний корпус і виконаних на основі гібридної або інтегральної технології. Як фоточутливі елементи Ф11У можуть використовуватист фоторезистори, фотодіоди, фототранзистори і фоточутливі МДП - структури. Залежно від числа фоточутливих елементів Ф11У діляться на одноелементні і багатоелементні, а від способу знімання сигналу - на ФПУ з розділеними каналами і ФПУ з внутрішньою комутацією.

На початку 70-х років з'явилися багатоелементні фоточутливі МДП- структури, з яких функція комутації сигналу здійснюється в самому об'ємі напівпровідникового фоточутливого матеріалу, - так звані фоточутливі прилади з перенесенням заряду (ФППЗ). Вони призначені для перетворення оптичного випромінювання (зображення) в електричний сигнал, дія якого заснована на формуванні і ефективному перенесенні дискретних фотогенерировапных зарядових пакетів усередині напівпровідникового матеріалу.

Відомі дві найбільш поширені різновиди ФППЗ - фоточутливі прилади із зарядовим зв'язком (ФПЗЗ) і фоточутливі прилади із зарядовою інжекцією (ФПЗІ).

У ФПЗЗ зарядові пакети передаються до вихідного пристрою внаслідок спрямованого переміщення потенційних ям в об'ємі напівпровідника при подачі на його електроди у відповідній послідовності тактових імпульсів.

У ФПЗІ переміщення зарядового пакету відбувається тільки усередині фоточутливого елементу з наступною його інжекцією в підкладку або в область стоку заряду. Залежно від розташування фоточутливих елементів ФППЗ бувають лінійні (елементи розташовані в один ряд) і матричні (елементи організовані в матрицю по рядках і стовпцях).