Реферат: Краткие сведения об элементах обобщенной схемы электронно-оптического прибора

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.

Ко второй группе — фотоэмиссионные приемники, главным обра­зом с сурьмяно-цезиевым фотокатодом, фотоэмульсии, селеновые фотогальванические приемники, фоторезисторы из сернистого и селенистого кадмия и сернистого висмута, кремниевые фотогальвани­ческие приемники (солнечные батареи) и тепловые приемники.

К третьей группе — фотоэмиссионные приемники с кислородно-цезиевым фотокатодом, сенсибилизированные фотоэмульсии, серни-.сто-таллиевые фоторезисторы и фотогальванические приемники (тал-лофиды), меднозакисные и сернисто-серебряные фотогальванические приемники, тепловые приемники, некоторые, фосфоры, сернисто-свинцовые фоторезисторы, германиевые и кремниевые фотодиоды и фототриоды.

К четвертой группе — сернисто-свинцовые, теллуристо-свинцовые и селенисто-свинцовые фоторезисторы, фоторезисторы, фото­диоды и фотомагнитные приемники из сурьмянистого индия, фото­резисторы из германия, легированного золотом, и тепловые при­емники.

К пятой группе — тепловые приемники излучения, фоторези­сторы из германия, легированного цинком или ртутью, фоторезисторы на основе тройных соединений, например кадмия—ртути—теллура.

Классификация приемников излучения по тем областям спектра, где они наиболее чувствительны и находят наибольшее применение, является достаточно условной, так как многие приемники исполь­зуются в различных участках спектра. В ряде случаев такая класси­фикация представляется оправданной, удобной и не исключает опре­деления некоторых приемников как двух- и многодиапазонных, если это необходимо.

В принципе возможны любые температуры чувствительного слоя приемника, однако наиболее часто для неохлаждаемых приемников указываются значения «комнатной» температуры 293 К или 300 К, а для приемников охлаждаемых называются точки кипения различных веществ, используемых для охлаждения: 194,7 К—твердой угле­кислоты или сухого льда; 77,4 К — жидкого азота; 27,3 К — жидкого неона; 20,5 К — жидкого водорода; 4,3 К — жидкого гелия. В по­следних трех случаях, когда температура ниже 30 К, приемники называют глубокоохлаждаемыми.

При комнатной температуре работает большинство тепловых приемников излучения, фотоэмиссионные приемники, фотопластинки, фосфоры, сернисто-свинцовые фоторезисторы фоторезисторы из сурьмянистого индия и некоторые другие приемники. При темпера­туре сухого льда — фоторезисторы из сернистого свинца, а также некоторые тепловые приемники (термоэлементы и болометры). При температуре жидкого азота — фоторезисторы из сернистого, селе­нистого и теллуристого свинца, сурьмянистого индия, германия, легированного золотом, фотогальванические и фотомагнитные при­емники из сурьмянистого индия, фоторезисторы на основе тройныхсоединений, тепловые приемники. При сверхнизких температурах — фоторезисторы из германия, легированного ртутью или цинком, а также тепловые приемники — сверхпроводящие и германиевые болометры.