Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ПРИЁМНИКИ ОПТИ́ЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕ́НИЯ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 27. Москва, 2015, стр. 475-476

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: В. В. Шувалов

ПРИЁМНИКИ ОПТИ́ЧЕСКОГО ИЗЛУ­ЧЕ́НИЯ, уст­рой­ст­ва, ис­поль­зуе­мые для об­на­ру­же­ния по­то­ка оп­тич. из­лу­че­ния (све­та) и из­ме­ре­ния его па­ра­мет­ров (обыч­но энер­ге­ти­че­ских). Др. па­ра­мет­ры оп­тич. из­лу­че­ния (угол при­хо­да и уг­ло­вая рас­хо­ди­мость, дли­на вол­ны и спек­траль­ная по­ло­са, по­ля­ри­за­ция из­лу­че­ния) из­ме­ря­ют­ся П. о. и. с по­мо­щью до­пол­нит. дис­пер­си­он­ных эле­мен­тов (лин­зо­вых сис­тем, про­стран­ст­вен­ных фильт­ров, призм, ди­фрак­ци­он­ных ре­шё­ток, по­ля­ри­за­торов).

П. о. и. реа­ги­ру­ют толь­ко на по­ток энер­гии из­лу­че­ния, т. к. их ре­ак­ция оп­ре­де­ля­ет­ся про­цес­са­ми пе­ре­но­са и ре­лак­са­ции, ко­то­рые про­ис­хо­дят за вре­мя, на­мно­го боль­шее, чем пе­ри­од ко­ле­ба­ний све­то­во­го по­ля. Дей­ст­вие П. о. и. ос­но­ва­но на пре­об­ра­зо­ва­нии по­то­ка энер­гии, пе­ре­но­си­мо­го из­лу­че­ни­ем, в др. ви­ды энер­гии, бо­лее удоб­ные для ре­ги­ст­ра­ции. Это мо­жет быть те­п­ло­вая энер­гия (из­ме­не­ние темп-ры), энер­гия раз­де­ле­ния элек­трич. за­ря­дов, по­ро­ж­дае­мых кван­та­ми из­лу­че­ния (по­яв­ле­ние элек­трич. сиг­на­ла в фор­ме ре­ги­ст­ри­руе­мо­го за­ря­да, то­ка или на­пря­же­ния), хи­мич. энер­гия (из­ме­не­ние кон­цен­тра­ции к.-л. ве­ще­ст­ва), энер­гия оп­тич. из­лу­че­ния в др. об­лас­ти спек­тра (ре­ги­ст­ра­ция ви­ди­мо­го изо­бра­же­ния) и др.

Ре­ги­ст­ри­руе­мый по­сле та­ко­го пре­об­ра­зо­ва­ния ин­фор­мац. сиг­нал обыч­но ли­ней­но свя­зан с вход­ным сиг­на­лом. Свой­ст­во ли­ней­но­сти яв­ля­ет­ся след­ст­ви­ем за­ко­нов со­хра­не­ния (со­хра­не­ние энер­гии в замк­ну­тых сис­те­мах, со­хра­не­ние чис­ла час­тиц при их транс­фор­ма­ции, со­хра­не­ние пол­но­го им­пуль­са), ко­то­рые и оп­ре­де­ля­ют три раз­ных ти­па П. о. и.: те­п­ло­вые, кван­то­вые (фо­тон­ные) и пон­де­ро­мо­тор­ные (ос­но­ван­ные на дав­ле­нии све­та). Ли­ней­ность пре­об­ра­зо­ва­ния не­об­хо­ди­ма для ис­поль­зо­ва­ния прин­ци­па су­пер­по­зи­ции, и в ча­ст­но­сти для реа­ли­за­ции про­це­ду­ры вы­чи­та­ния шу­мов.

Тепловые приёмники

Hamamatsu Photonics Рис. 1. Различные типы ФЭУ производства фирмы «Hamamatsu Photonics» (Япония).

Те­п­ло­вые при­ём­ни­ки ра­бо­та­ют на ос­но­ве из­ме­не­ния темп-ры чув­ст­вит. эле­мен­та (аб­со­лют­но чёр­ное те­ло) при по­гло­ще­нии им энер­гии оп­тич. из­лу­че­ния. Из­ме­ре­ние темп-ры про­во­дит­ся разл. ме­то­да­ми: с ис­поль­зо­ва­ни­ем тер­мо­пар (ка­ло­ри­мет­ры), тер­мо­со­про­тив­ле­ний (бо­ло­мет­ры, вклю­чая сверх­про­во­дя­щий), пи­ро­элек­трич. эф­фек­та (пи­ро­мет­ры), дат­чи­ка дав­ле­ния (мик­ро­фо­на) в замк­ну­том объ­ё­ме с по­гло­щаю­щим из­лу­че­ние га­зом (оп­тоа­ку­стич. при­ём­ни­ки) и др. Те­п­ло­вые П. о. и. яв­ля­ют­ся спек­траль­но не­се­лек­тив­ны­ми и срав­ни­тель­но мед­лен­ны­ми (ха­рак­тер­ные вре­ме­на бо­лее 1 мс). Час­то па­ру иден­тич­ных при­ём­ни­ков вклю­ча­ют сим­мет­рич­но в т. н. мос­то­вые схе­мы (см. Мост из­ме­ри­тель­ный), что обес­пе­чи­ва­ет вы­чи­та­ние син­фаз­ных по­мех.

Квантовые приёмники

ООО «Аиби» Рис. 2. Кремниевый фотодиод (а) и ИК-фотодиоды (б) фирмы ООО «Аиби» (С.-Петербург).

В кван­то­вых (фо­тон­ных) при­ём­ни­ках (фо­то­при­ём­ни­ках) ис­поль­зу­ют­ся внеш­ний фо­то­эф­фект [фо­то­эле­мент, фо­тоэлек­трон­ный ум­но­жи­тель (ФЭУ, рис. 1), в т. ч. мик­ро­ка­наль­ный, элек­трон­но-оп­ти­че­ский пре­об­ра­зо­ва­тель (ЭОП)] и внутр. фо­то­эф­фект [фо­то­со­про­тив­ле­ние, фо­то­ди­од (рис. 2), в т. ч. ла­вин­ный, фо­то­тран­зи­стор, ПЗС-мат­ри­ца и др.]. При об­лу­че­нии чув­ст­вит. эле­мен­та (ме­тал­лич. фо­то­ка­тод, тон­кий слой по­лу­про­вод­ни­ка, слож­ная по­лу­про­вод­ни­ко­вая струк­ту­ра и др.) по­то­ком кван­тов оп­тич. из­лу­че­ния с дос­та­точ­ной энер­ги­ей (боль­ше т. н. крас­ной гра­ни­цы фо­то­эф­фек­та) в ре­зуль­та­те фо­то­эф­фек­та че­рез при­ём­ник на­чи­на­ет про­те­кать элек­трич. ток. Кван­то­вые П. о. и. не тре­бу­ют замк­ну­то­сти сис­те­мы, они все­гда спек­траль­но се­лек­тив­ны, по­сколь­ку ин­фор­мац. сиг­нал в них (за­ряд, ток, на­пря­же­ние) пря­мо про­пор­цио­на­лен чис­лу по­гло­щён­ных кван­тов оп­тич. из­лу­чения – фо­то­нов. Пе­ре­счёт в энер­ге­тич. ха­рак­те­ри­сти­ки тре­бу­ет до­пол­нит. ин­фор­ма­ции об энер­гии кван­тов. Вслед­ст­вие бы­ст­рой ре­ком­би­на­ции элек­тро­нов кван­то­вые П. о. и. су­ще­ст­вен­но бо­лее бы­ст­рые; их ха­рак­тер­ные вре­ме­на мо­гут со­став­лять 100 пс. Бы­ст­ро­дей­ст­вие кван­то­вых П. о. и. оп­ре­де­ля­ет так­же раз­брос вре­мён про­лё­та но­си­те­лей за­ря­да до мес­та ре­ги­ст­ра­ции. Их дос­то­ин­ст­вом яв­ля­ет­ся так­же воз­мож­ность эф­фек­тив­но уси­ли­вать сиг­нал; в про­цес­се уси­ле­ния ге­не­ри­руе­мый за счёт по­гло­ще­ния фо­то­на сво­бод­ный но­си­тель за­ря­да ус­ко­ря­ет­ся внеш­ним элек­трич. по­лем до энер­гий, дос­та­точ­ных для ла­вин­ной ио­ни­за­ции (ФЭУ, мик­ро­ка­наль­ный ФЭУ, ЭОП, ла­вин­ный фо­то­ди­од). Ко­эф. уси­ле­ния мо­жет дос­ти­гать 300 (ла­вин­ный фо­тоди­од), 103–104 (ЭОП) и да­же 105–107 (ФЭУ, мик­ро­ка­наль­ный ФЭУ). К кван­то­вым П. о. и. от­но­сят­ся так­же сис­те­мы с хи­мич. пре­об­ра­зо­ва­ни­ем (напр., фо­то­эмуль­сия), в ко­то­рых про­те­ка­ние хи­мич. ре­ак­ции обу­слов­ле­но дис­со­циа­ци­ей мо­ле­ку­лы при по­гло­ще­нии ею фо­то­на с дос­та­точ­ной для это­го энер­ги­ей.

Пон­де­ро­мо­тор­ные П. о. и. на прак­ти­ке поч­ти не ис­поль­зу­ют­ся из-за их низ­кой чув­ст­ви­тель­но­сти.

Лит.: Зил А. ван дер. Шу­мы при из­ме­ре­ни­ях. М., 1979; Ак­се­нен­ко М. Д., Ба­ра­ноч­ни­ков М. Л. При­ем­ни­ки оп­ти­че­ско­го из­лу­че­ния. М., 1987; Photomultiplier Tubes: Basics and Applications // http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/PMT_handbook_v3aE.pdf.

Вернуться к началу