Фотоэмиссионные датчики

Принцип работы – внешний фотоэффект, т.е. освобождение из твердого тела, служащего мишенью (фотокатод) электронов, число которых примерно равно числу фотонов (обычно 10~30%).

Различают приборы:

• Вакуумные (ток катода собирается анодом)

• Газонаполненные (усиление тока за счёт ударной ионизации молекул газа)

• Фотоэлектронные умножители ФЭУ (используют вторичную эмиссию)

Материалы: ИК-область – AgOCs (1,2 мкм)

1,0 мкм – Ga As Sb, Ga In As, In As P

Видимая область Cs Sb, (Cs)Na₂KSb, K₂CsSb

УФ – Cs₂Te, Rb₂Te, CsI.

Вакуумные ФЭД – фотокатод и фотоанод находятся внутри баллона с прозрачным окном при Р = 10^-6-10^-8 мм.рт.ст. , чувствительность 10 -100 мА/Вт

В зависимости от назначения:

- измерение малых световых потоков, фотометрия R_т ~ 1 МОм, τ = 3,3 нс, f_c = 100 МГц.

Газонаполненные ФЭД – заполнение аргоном до 10^-1-10^-2 мм.рт.ст. К_умнож за счёт ударной ионизации = 5÷10. Чувствительность в 5-10 раз больше, чем у вакуумных f = 10³÷10⁴ Гц, τ – единицы мс.

Недостатки – нелинейность характеристик, деградация фотокатода, малое быстродействие (заменяются фототразисторами)

ФЭУ – в этих приборах первичный поток электронов фокусируется электростатическим полем и направляется на последовательно расположенные электроды - диноды (от 5 до 15 шт), обладающих значительной эмиссией (материалы Cs₃Sb, K₂CsSb). К_эми = 5 ÷ 10%. К_{усиления} = 10⁶ ÷ 10⁸. Чувствительность может быть по току от 10³ до 10⁷ А/Вт. Постоянная времени от 10 до 100 нс. f_c до 700 МГц. Д^ от 10¹¹ до 10¹⁶ см Гц^1/2Вт^-1.С охлаждением слоя до 10¹⁷ см Гц^1/2Вт^-1.

Преимущества: высокие чувствительность, быстродействие, малые шумы.

Недостатки: габариты большие, хрупкость, высокая стоимость, питание стабилизируется высоким U.

Применение: астрорадиометрия, лазерная телеметрия, спектрорадиометрия, оптическая локация.

Оптико - электронные преобразователи (ЭОПы)

Эти электровакуумные приборы преобразуют оптическое изображение одного спектрального состава в другое (УФ или ИК в видимое).

Они совмещают ФЭУ (фотокатод) с экранами из люминофоров (ZnS, ZnSSe, ZnSiO₃). Используется также эффект фотоумножения.

Так, фотокатод AgOCs с характеристиками _пр=1,2-1,5 мкм, _max=0,78-0,82, Si – 70 мкА/лм может обеспечивать свечение экрана ZnS, ZnSe в зависимости от легирования от жёлто-зелёного (ZnSZnSe(Cu)) до фиолетового цвета (ZnS:Ag) с _max = 0,55 - 0,45 мкм.

Для их характеристики используют такие параметры, как яркость фона (i_темн), коэффициент яркости экрана (зависит от масштаба изображения, светосилы объектива и т.д.), разрешающая способность – число штрихов на участке в 1 мм (влияет зернистость поверхности люминофора и фотокатода)

 от мкс до часов.

Используется для приборов ночного видения, в научных исследованиях.

Многодиапазонные приёмники

Такие ФП способны принимать излучение в нескольких спектральных диапазонах (2÷4). Это позволяет распознавать объекты по соотношению сигналов в различных диапазонах волн, либо лучше распознавать объекты.

Конструктивно, такой ФП представляет собой структуру, в которой фотоприемники с различными спектральными характеристиками располагаются последовательно друг за другом. При этом коротковолновый ФП одновременно является для длинноволнового оптическим фильтром. Например, двухдиапазонный ФП состоит из Si – фотодиода и фототранзистора на основе PbSe. ₁= 0,3÷1,15 мкм, ₂= 1,15÷5,2 мкм

При солнечной засветке максимум сигнала выдает 1 ФП, а при длинноволновой засветке второй ФП, т.к. это излучение свободно пройдет через первый.

При использовании твердых растворов замещения типа CdHgTe многодиапазонные ФП можно изготавливать путём накладки друг на друга ФП, изготовленных из различных составов. Самый длинноволновый наклеивают на холодильник. Д^* м.б. до 10¹² см Гц^1/2Вт ^-1 .