§7.2. Характеристики фотоприёмников

Монохроматической чувствительностью фотоприёмников назы­вается отношение прира­щения фототока к изменению потока излуче­ния с длиной волны :

. (7.1)

Зависимость называется спектральной характеристи­кой приёмника. На прак­тике часто используется относительная спек­тральная характеристика

. (7.2)

где – максимальное значение монохроматической чувстви­тельности.

Интегральная чувствительность фотоприёмников определяется соотношением:

. (7.3)

Интегральная чувствительность фотоприёмников работающих в видимой части спектра определяется в диапазоне от 0.4 до 0.7 мкм. Интегральные чувствительности приводимые в пас­портных данных, определены при использовании стандартных источников. При исполь­зовании других источников интегральная чувствительность должна быть пересчитана. Чувствительность фотоприёмников зависит от схемы включения, поэтому употребляются понятия “чувствитель­ность по току”, “чувствительность по напряжению”.

Световой характеристикой фотоприёмника называется зависи­мость фототока от значения светового потока неизменного спектраль­ного состава .

Постоянная времени определяет быстродействие фотоприёмника, т.е. возможность измере­ния световых потоков переменной интенсив­ности.

Порог чувствительности характеризуется минимальным значе­нием потока излучения, ко­торый вызывает на выходе фотоприёмника сигнал, в заданное число раз превосходящий уровень шума.

Температура среды влияет на величину темнового тока и чувст­вительность фотоприёмни­ков, поэтому в паспорте приводятся и тем­пературные характеристики.

§7.3. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом

К фотоэлементам с внешним фотоэффектом относятся вакуумные и газонаполненные фо­тоэлементы и фотоумножители. Принцип их действия заключается в том, что кванты света дос­тигая поверхности фотокатода выбивают электроны, которые увлекаются внешним элек­триче­ским полем и создают фототок. Электрон может покинуть катод, если энергия фотона больше работы выхода, т.е. , где – скорость света, – постоянная Планка. Каждый фотока­тод характе­ризуется длинноволновой границей спектральной чувствительности . Спек­тральные характеристики фотоэлементов с внешним фотоэффектом определяются свойствами фотокатодов.

Н а рис 7.1 показаны спектральные характеристики серебрянокис­лородоце­зиевого (кривая 1), сурьмяноцезиевого (кривая 2) и многощелочного (кривая 3) фотокатодов.

Вакуумные фотоэле­менты выполня­ются в виде сферических стеклянных бал­лонов, на внутреннюю по­верхность кото­рых наносят слой фоточувствительного материала, образующего фо­токатод 1. Анод 2 выполняется в виде кольца или сетки из никелевой проволоки (рис. 7.2). Выходные токи ваку­умных фотоэлементов не превышают не­скольких микроампер. Вакуумные фотоэлементы отличаются вы­соким быстродейст­вием.

Г азонаполненные фотоэлементы по­зволяют получать зна­чительно большие выходные токи, чем вакуумные. При запол­нении фотоэле­мента инертным газом Ne, Ar, Kr, Xe фотоэлек­троны, движущиеся к аноду, сталкиваются с молекулами газа и ионизируют их. В результате к аноду движется нарастающая лавина электронов, а к катоду – лавина заряженных ионов. От­ношение тока, усиленного за счёт ионизации, к первичному фототоку называется коэффициентом газового усиления и мо­жет достигать 6–7. Чувствительность газовых фотоэлементов со­ставляет 100250 , тогда как вакуумных 2080 . Так как для развития газового разряда требуется время, то газовые элементы имеют низкое быстродействие и могут работать на частотах не выше нескольких герц.

Ф отоумножители. В них для усиления первичного тока ис­пользу­ется вторичная электрон­ная эмиссия. Для этого в фотоум­ножителях помимо катода К и анода А имеются вторичные катоды(эмиттеры) Э (рис. 7.3) и сис­темы фокусировки электронного луча. Коэффициент вторич­ной электронной эмиссии может со­ставлять 2.54, а число эмиттеров – десяти. Общий коэффи­циент усиления ФЭУ достигает со­тен тысяч.