Смекни!
smekni.com

Краткие сведения об элементах обобщенной схемы электронно-оптического прибора (стр. 2 из 3)

В оптико-электронном приборе фокусирующая оптическая система представляет собой один из элементов тракта передачи и прербразования сигнала (и элементов фона). Именно это ее свойство,влияющее на процесс обработки информации, подлежит изучению .

Внутренняя структура и аберрационные свойства фокусирующих оптических систем составляют предмет геометрической оптики.


3. Приемники излучения (определение и классификация)

Приемник излучения является основным элементом оптико-электронного прибора. По существу, само название приборов — оптико-электронные—обязано свойству приемника преобразовывать поток излучения в электрический сигнал.

Существуют различные определения приемника излучения, однако все они отражают главное свойство приемника — способность обна­руживать наличие излучения путем преобразования его в энергию других видов для последующей регистрации. В иностранной техни­ческой литературе это свойство приемника излучения находит выражение в названии — детектор, т. е. обнаружитель.

Таким образом, приемник излучения представляет собой устрой­ство, служащее для восприятия энергии излучения и преобразования ее в энергию других видов с целью последующей регистрации резуль­тата этого преобразования, приводящей к обнаружению.

Процесс обнаружения излучения состоит из двух основных этапов: преобразования энергии оптического излучения в другой вид энергии и регистрации преобразованной энергии. Например, в термо­элементе поток излучения вызывает появление электродвижущей силы, которая регистрируется обычным образом (гальванометром); в эвапорографе энергия излучения поглощается и вызывает нагрев и испарение масляной пленки, изменение толщины которой регистри­руется интерференционными методами и т. д.

Приемники излучения могут классифицироваться по следующим признакам: виду энергии, в которую преобразуется излучение; характеру изменения чувствительности приемника при изменении длины волны падающего излучения; области спектра, где они наибо­лее чувствительны и находят наибольшее применение; рабочей температуре чувствительного слоя.

По виду энергии, в которую преобразуется излучение, приемники излучения делятся на тепловые, фотоэлектрические или фотонные, люминесцентные, фотохимические.

В тепловых приемниках энергия излучения преобразуется в теп­лоту, а регистрация преобразования сводится к измерению прираще­ния температуры приемной площадки, нагретой вследствие облуче ния. Способ регистрации изменения температуры определяет кон­кретный тип теплового приемника излучения.

В термоэлементе изменение температуры приемной площадки вызывает появление электродвижущей силы в контуре, образованном двумя спаянными или сваренными проводниками из различных металлов.

В болометре изменение температуры вызывает изменение электри­ческого сопротивления проводника или полупроводника.

В оптико-акустическом приемнике изменение температуры прием­ной поверхности, образующей одну из стенок газовой камеры, вызы­вает изменение температуры и объема газа и прогиб мембраны — второй стенки газовой камеры.

В эвапорографе изменение температуры вызывает изменение толщины масляной пленки.

В диэлектрическом приемнике изменение температуры вызывает изменение диэлектрической проницаемости диэлектрика конденса­тора, имеющей сильную температурную зависимость, и соответствую­щее изменение емкости конденсатора регистрируется. Разновидностью диэлектрического приемника является пироэлектрический приемник излучения, в котором диэлектриком конденсатора служит сегнето-электрик, т. е. вещество, на поверхности которого появляется элек­трический заряд при механических деформациях.

Неравномерный нагрев конденсатора приводит к деформациям, и на обкладках конденсатора возникают заряды, которые регистрируются.

В термиконе изменение.температуры вызывает изменение вели­чины фотоэмиссии и т.д.

В фотоэлектрических (фотонных) приемниках энергия излучения преобразуется в механическую энергию электронов, испускаемых облучаемым веществом. Если электроны, освобожденные квантами излучения, покидают вещество, из атомов которого они вырваны, то явление носит название внешнего фотоэффекта, если же электроны остаются в веществе, то явление называется внутренним фотоэффек­том. Влияние внутреннего фотоэффекта на характеристики вещества может быть различным в зависимости от условий, которые созданы для освобожденных электронов. Если они могут перемещаться внутри вещества в любом направлении, то вещество остается нейтральным и лишь электропроводность его изменяется. Если же в веществе созда- ются условия односторонней проводимости и электроны могут перемещаться лишь в одном направлении, то в веществе возникает разность потенциалов, создающая ток во внешней цепи.

Фотоэлектрические приемники излучения, в которых использу­ется явление внешнего фотоэффекта, называются фотоэмиссионными приемниками. К ним относятся вакуумные и газонаполненные фотоэлементы, фотоумножители, электронно-оптические преобразо­ватели (ЭОПы) и некоторые телевизионные передающие трубки (диссектор, иконоскоп, суперконоскоп, ортикон, суперортикон и др.).

Приемники с внутренним фотоэффектом, в которых используется явление изменения электропроводности вещества, называются фото­резисторами или фотосопротивлениями.

Приемники, в которых используется явление возникновения э. д. с, называются фотогальваническими, вентильными фотоэлемен­тами или фотоэлементами с запорным слоем.

Если в качестве контактирующих веществ в вентильном фото­элементе применяются полупроводники с различным типом проводи­мости, то наряду с возникновением разности потенциалов между слоями с р- и п-проводимостью при неравномерном освещении чувствительного слоя образуется разность потенциалов вдоль р-n-перехода. Эту фото-э. д. с. называют продольной или боковой, а соответствующие приемники — фотоэлементами с продольным или боковым эффектом.

Если к чувствительному элементу приемника излучения с запор­ным слоем приложить напряжение так, что оно препятствует возник­новению тока во внешней цепи приемника при освещении, то измене­ние величины потенциального барьера под действием излучения приводит к изменению сопротивления и падению напряжения на приемнике. Этот режим работы называют фотодиодным. Изменение тока, проходящего через фотодиод при освещении, может усили­ваться, как в обычном полупроводниковом триоде, тем же полупро­водником, в котором создан запорный слой. В этом случае соответ­ствующий комбинированный приемник излучения называется фото­триодом. Условия односторонней проводимости и, следовательно, появления э. д. с. при освещении, можно создать в полупроводнике, помещая его в магнитное поле, ориентированное по нормали к падаю­щему излучению. В этом случае носители тока (электроны и дырки) отклоняются магнитным полем в противоположные стороны, что приводит к возникновению в образце разности потенциалов. Описан­ное явление носит название фотомагнитного эффекта.

В люминесцентных приемниках излучения происходит преобразо­вание излучения одного спектрального состава в излучение другого спектрального состава. Типичным представителем этого типа прием­ников является метаскоп — светосостав, высвечивающийся под действием ИК-излучения за счет накопленной им световой энергии при предварительном облучении ультрафиолетом, синим излучением неба или радиоактивным веществом.

В фотохимических приемниках энергия излучения вызывает всевозможные химические превращения. В фотопластинке, напри­мер, происходит фотохимическая реакция разложения галоидных солей серебра, причем металлическое серебро выделяется, образуя скрытое изображение источника излучения. В глазу, человека под действием света в светочувствительных элементах сетчатки происхо­дит фотохимический процесс, при котором продукты разложения вызывают раздражение зрительного нерва и световое ощущение.

В зависимости от характера изменения чувствительности при­емника при изменении длины волны падающего излучения приемники излучения можно разделить на две большие группы: неселективные, чувствительность которых остается постоянной в определенном доста­точно широком участке спектра; селективные, чувствительность кото­рых зависит от длины волны падающего излучения.

К неселективным приемникам, в частности, относится большинство тепловых приемников излучения, у которых обеспечивается постоян­ство коэффициента поглощения приемной площадки при изменении длины волны за счет чернения — покрытия копотью, испарения металлов в вакууме и т. д.

Приемники излучения можно относить к одной из пяти больших групп для областей спектра: ультрафиолетовой (1—380 нм); видимой (380—780 нм); ближней ИК-области (780—1400 нм); средней ИК-об-ласти (1,4—6,0 мкм); далекой ЙК-области (6,0—1000 мкм).

К первой группе относятся фотоэмульсии, некоторые фотоэмис­сионные приемники, тепловые приемники и фоторезисторы.