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. Число вторичных электронов, эмитируемых с последних динодов, уже достаточно велико, поэтому к этим динодам подключены конденсаторы, чтобы обеспечить ток с динодов необходимым количеством зарядов.

Анодная чувствительность ФЭУ есть отношение тока анода к величине светового потока и определяется в светотехнических единицах А/лм.

Ч тобы 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 – оцениваемая нашим глазом мощность, выраженная в люменах, – световой поток, выраженный в Ваттах. Максимальная чувствительность глаза приходится на длину волны 555 нм. Световая эффективность этой длины волны (V_max) равна

.

Относительной световой эффективностью К называется отношение световой эффективности излучения любой другой волны к

.

Н а рис. 2 приведена кривая спектральной чувствительности глаза для относительной световой эффективности.

Световая эффективность позволяет перевести светотехнические единицы измерения в энергетические (люмены 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:

.

С ветовой 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.

Телесный 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 силы тока через светодиод. Для светодиода АЛ1102ГМ сила света известна и равна кд при токе 1,5 мА.

Сила света другого светодиода определяется по измерениям, проводимым в лабораторной работе. Длина волны, излучаемая светодиодами, равна 0.69 мкм.