- •2. Приемники оптического излучения (5,0 п. Л.)
- •2.1. Принципы действия приемников излучения
- •2.2. Основные параметры и характеристики приемников излучения
- •2.3. Тепловые приемники излучения
- •2.3.2 Теплопередача в приемниках излучения
- •2.3.3. Устройство основных видов тепловых приемников излучения
- •2.3.4. Термоэлектрические приемники излучения
- •2.3.5.1. Матрицы микроболометров?
- •2.3.6. Пироэлектрические приемники излучения
- •2.3.7. Дилатометрические приемники излучения
- •2.3.7.1. Оценка основных величин, характеризующих работу оап
- •2.4. Фотоэлектрические приемники излучения
- •2.4.1. Фотоэмиссионные приемники излучения
- •2.4.1.1.Основные законы фотоэффекта и закономерности фото-
- •2.4.1.3. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом (фэ),
- •2.5. Полупроводниковые приемники излучения
- •2.5.1. Фоточувствительные материалы и их оптические свойства
- •2.5.2. Конструктивная схема чувствительного элемента (чэ) приемника
- •2.5.3. Устройство фоторезисторов и фотодиодов
- •2.5.4. Фоторезисторы
- •2.5.4.1. Спектральная характеристика чувствительности фоторезистора
- •2.5.4.2. Собственные шумы и пороговый поток излучения фоторезистора
- •2.5.4.3. Быстродействующие фоторезисторы
- •2.5.5. Фотогальванические приемники излучения
- •2.5.5.1. Фотодиод с гомогенным p-n – переходом
- •2.5.5.2. Фотодиод Шоттки
- •2.5.5.3. Гетерофотодиод с p-n – переходом
- •2.5.6. Лавинные фотодиоды
- •2.5.6.2. Собственные шумы и пороговый поток
- •2.5.6.3. Фотоэлектрические преобразователи
2.3.7.1. Оценка основных величин, характеризующих работу оап
Пусть чувствительный элемент приемника имеет вид цилиндрической камеры объемом см3 (длина см, площадь поперечного сечения см2), заполненной воздухом при атмосферном давлении с удельной объемной теплоемкостью Дж/см3 К и температурным коэффициентом объемного расширения К−1. В соответствии с каноническим распределением Гиббса [2.9] в состоянии равновесия при температуре средняя квадратичная флюктуация температуры воздуха в объеме камеры ОАП должна быть равна , а соответствующая средняя квадратичная вариация объема воздуха составит . При диаметре индикаторной мембраны см ее прогиб будет приблизительно равен , что приведет к среднему квадратичному изменению угла отклонения отраженного от мембраны луча на угол рад. При расстоянии см от мембраны до растра соответствующее поперечное смещение границы света-тени оптического изображения растра относительно неподвижного растра на поверхности конденсора должно составить . Если период растра мкм, то при квадратной апертуре растра см2 общая площадь смещения растра составит . Этому соответствует коэффициент умножения фотореле равный 400. При мощности излучения светодиода 10 мВт, т.е. облученности плоскости растра 2,5 мВт/см2, и максимальной токовой чувствительности кремниевого фотодиода 0,1 А/Вт средняя квадратичная вариация фототока фотодиода составит . Такое изменение тока более, чем на порядок превосходит значение последнего разряда таких стандартных цифровых микроамперметров, как например, Ф30.
Оценим пороговый поток на входе такого ОАП, соответствующий указанной ранее флюктуации температуры . Полагая, что газ в рабочей камере охлаждается только посредством его теплопроводности к стенкам камеры, получим для воздуха приближенно Вт, а при наполнении рабочей камеры ксеноном в 5 раз меньше, т.е. Вт.
Значения параметров последней модели типа ОАП-7 приведены в табл. 2.3 (из проспекта ЛОМО).
Таблица 2.3
Параметр |
Ед. измерения |
Значение |
Входное окно |
- |
CsJ, Полиэтилен |
Область спектральной чувствительности |
мкм |
0,3-50, 15-2000 |
Диаметр приемной площадки |
мм |
6 |
Чувствительность при частоте модуляции 12,5 Гц |
В/Вт |
3,8*105 |
МЭШ |
Вт/Гц1/2 |
10-10 |
Область линейного преобразования |
мкВт |
< 4 |
Постоянная времени |
мс |
< 25 |
Полоса пропускания (регулируемая) |
Гц |
0,01, 0,1, 1 |
2.4. Фотоэлектрические приемники излучения
2.4.1. Фотоэмиссионные приемники излучения
К фотоэмиссионным приемникам излучения относятся: фотоэлементы (ФЭ) - это двухэлектродные высоковакуумные приборы, отличающиеся от других приемников излучения наибольшим быстродействием; фотоэлектронные умножители (ФЭУ) - многоэлекродные (многокаскадные) электронные приборы с внутренним усилением слабого фотоэмиссионного тока посредством вторичной электронной эмиссии, отличающиеся от других приемников наименьшим пороговым потоком и достаточно высоким быстродействием.