16. Пересчет параметров приемников оптического излучения: из световых величин в энергетические; из параметров для излучения одного источника в параметры для излучения другого источника.

Пересчет параметров ПОИ, заданных в световых величинах, в энергетические по одному и тому же источнику излучения.

Интегральная чувствительность. Дано в А/лм. Определить (в А/Вт).

Сигнал от приемника при освещении заданным паспортным источником:

, где интегральная токовая чувствительность ПИ по пас­портному источнику, А/лм; Ф_у — световой поток паспортного источника, падающий на ПИ, лм.

По тому же паспортному источнику этот же сигнал от потока излучения (в Вт) через интегральную чувствительность ПИ (в А/Вт) . Поток излучения и световой поток связаны между собой так:

.

Из условия равенства сигналов

Откуда

Пороговой поток и обнаружительная способность. Дано . Определить .

Запишем выражение .для тока шума через и , причем оно постоянно, так как записано для одного и того же ПИ,

.

Отсюда => .

Или для обнаружительной способности .

16. Принцип действия приемников оптического излучения на внутреннем фотоэффекте.

Внутренним фотоэффектом называют процесс взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, в результате которого энергия квантов излучения передается электронам вещества, изменяющим в нем свое энергетическое состояние.

ПИ на основе использования внутреннего фотоэффекта бази­руется на взаимодействии падающих квантов излучения с кри­сталлической решеткой полупроводников различного типа, в ре­зультате которого происходит ионизация атомов кристаллической решетки с образованием свободных носителей зарядов — элект­ронов и дырок. Это приводит к изменению электропроводности (проводимости) полупроводника.

Рассмотрим внутренний фотоэффект с точки зрения зонной тео­рии. В полупроводниках энергетические состояния свободных и связанных электронов различны, что можно охарактеризовать с помощью энергетической диаграммы. На рис. 4.1, a — максимальная энергия, которой могут обладать электроны чистого полупроводника в связанном состоянии. Все электроны, энергия которых ниже , связаны с атомами и находятся в так называе­мой валентной зоне (ВЗ).

— минимальная энергия, которую может иметь свободный электрон. Выше лежат возможные зна­чения энергии свободных электронов, образующих свободную зону, или зону проводимости (ЗП). Для того чтобы перевести электрон из связанного состояния в свободное, падающие кванты должны сообщить ему энергии больше, чем , где ширина запрещенной зоны полупроводника.

В чистом (соб­ственном) полупроводнике падающие кванты освобождают пару электрон—дырка. При этом часть энергии переходит в тепло в виде тепловых квантов—фононов. Проводимость собственного полу­проводника электронно-дырочная. Полупроводник, имеющий при­меси, называется примесным, а проводимость, создаваемая вве­денной примесью при ее освещении, носит название примесной. Примесь, отдающую электроны в зону проводимости, называют донорной, а полупроводник — электронным или n-типа. В этом случае доминирующую роль в проводимости играют электроны— основные носители (они в основном составляют электронный ток). Примесь, захватывающая электроны, называется акцепторной, а полупроводник —дырочным или р-типа. У него доминирующую роль в проводимости играют дырки — основные носители. На энергетической диаграмме наличие примеси в решетке полупроводника будет характеризоваться появлением локального уров­ня примеси, лежащего в запрещенной зоне (рис. 4.1, б, в).

Фотопроводимость может возникнуть, если энергия падающего кванта (hv, эВ) достаточна для сообщения электрону энергии для преодоления запрещенной зоны:

,

откуда длинноволновая граница спектральной чувствительности фотоприемника

где h — постоянная Планка; с — скорость распространения элект­ромагнитных колебаний; — предельная длина волны монохро­матического излучения, при которой возникает внутренний фото­эффект; ширина запрещенной зоны, эВ.