3.2.2. Полупроводниковые фотоприемники Задачи, решаемые фотоприемными устройствами

Фотоприемные устройства видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов спектра находят широкое применение в различных областях науки и техники, включая применения в военной промышленности. Перечислим основные области применения полупроводниковых фотоприемных устройств.

Видеотехника. Важной вехой в развитии видеотехники стала замена фотопленки на полупроводниковые преобразователи изображения, начавшаяся с изобретения в 70-х годах прошлого века приборов с зарядовой связью (ПЗС), что предопределило появление цифровых видеокамер и фотоаппаратов, и в конечном итоге – цифрового телевидения.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Стремительное развитие ВОЛС, начавшееся в 80-х годах связано с разработками оптических волокон с малыми потерями, полупроводниковых инжекционных лазеров и согласованных с ними по длине волны быстродействующих фотоприемников. Основные сферы применения ВОЛС – телефония, телевидение, Интернет, специальные каналы связи. Преимущество ВОЛС перед радиоканалами передачи информации состоит в том, что они обеспечивают направленную связь, более высокую помехозащищенность и защиту от перехвата, а главное – дают возможность передачи несоизмеримо больших объемов информации по сравнению с радиоканалами.

Тепловидение. Разработанные тепловизоры с температурным разрешением до сотых или даже тысячных долей градуса находят применение в различных областях производства, приборах ночного видения, пирометрах, системах дистанционного контроля тепловых утечек.

Дистанционное зондирование Земли и ее атмосферы. Оптические системы зондирования применяют для исследования природных и сельскохозяйственных ресурсов, метеорологии, картографии, выявления чрезвычайных ситуаций.

Лазерные системы различного назначения, включая лазерные дальномеры высокой точности на основе быстродействующих фотоприемников, системы дистанционного управления аппаратурой, системы считывания информации с внешнего носителя, беспроводные системы механического перемещения, связи компьютера с клавиатурой, принтером и т. д.

Научное оборудование для исследования быстропротекающих процессов с использованием широкополосных фотоприемников, спектрального анализа в спектральном диапазоне от области мягкого рентгеновского излучения до дальней инфракрасной области (ИК-области), регистрации излучения от космических объектов (фотоприемники с накоплением сигнала, одноэлектронные приемники).

Медицинское оборудование: томографы и рентгенографические аппараты, системы искусственного зрения, включающие в себя детекторы на основе ПЗС-структур.

В области военной промышленности фотоприемники являются компонентами следующих устройств и систем:

– головки наведения ракет и бесконтактные взрыватели (первоначально головки содержали один приемник ИК-диапазона, в настоящее время – два или три приемника из разных спектральных диапазонов, включая ультрафиолетовый);

– системы наведения ракет различного класса, включая крылатые и баллистические, а также мощные авиабомбы;

– тепловизионные системы ночного видения для военной техники (самолеты и вертолеты, морские суда, танки и бронетехника), а также персональные приборы ночного видения;

– системы оптической локации и лазерная дальнометрия;

– системы космической навигации, позволяющие определять координаты космических аппаратов по звездам, фиксировать координаты стартов баллистических и крылатых ракет;

– лазерные гироскопы, обеспечивающие высокую точность поддержания заданной траектории ракет.