Большая Советская энциклопедия (Пр) - БСЭ

  В фотоэлектрических П. и. излучение непосредственно воздействует на электроны вещества (главным образом в явлениях внешнего и внутреннего фотоэффекта ). Фотоэлементы и фотоэлектронные умножители (внешний фотоэффект, или фотоэлектронная эмиссия ) используются в основном при l < 1— 2 мкм, в то время как фотосопротивления (см. Фоторезистор ), фотодиоды и др. П. и. с внутренним фотоэффектом чувствительны к излучению вплоть до субмиллиметрового радиодиапазона. При более коротких l из рассматриваемой области спектра фотоэлектронные умножители и полупроводниковые лавинные фотодиоды могут работать в режиме счётчиков фотонов (существуют также счётчики фотонов, в которых используется эффект ионизации жидкости или твёрдого тела излучением). В далёком ИК и субмиллиметровом диапазонах применяют П. и., в которых фотоны не изменяют концентрацию электронов проводимости в твёрдом теле, а либо изменяют их подвижность (см. Подвижность ионов и электронов ), либо оказывают давление на электроны путём передачи им импульса (эффект увлечения электронов фотонами, подробнее см. Приёмники света ). Фотоэлектрические П. и. для диапазона 5—1000 мкм требуют охлаждения до 4—77 К , причём их рабочая температура должна быть тем ниже, чем больше длина волны регистрируемого излучения. При низких рабочих температурах для приёма излучения используется также явление сверхпроводимости и связанные с ним эффекты (П. и., основанные на Джозефсона эффекте , сверхпроводящие болометрические П. и. и др.).

  Наряду с одноэлементными П. и. существуют многоэлементные П. и. с отдельными приёмными элементами, дискретно или непрерывно распределёнными по поверхности. Они служат для получения двумерного изображения излучающего объекта. Классическим примером таких П. и. являются фотопластинки и фотоплёнки. К ним относятся также электроннооптические преобразователи (работают при l £ 1,2 мкм ), телевизионные передающие трубки, люминесцентные преобразователи (с т. н. тепловым гашением для всей рассматриваемой области спектра и «вспышечные» для излучения с l ~ 2 мкм ), многоплощадочные полупроводниковые болометры и фотосопротивления (из сернистого свинца — до l ~ 3,5 мкм, из сурьмянистого индия — до l ~ 5,5 мкм ), эвапорографы, в которых испаряется нагреваемая излучением плёнка масла, и пр.

  Важный параметр любого П. и. — отношение полезного сигнала к уровню помех; в процессе преобразования П. и. не должен существенно ухудшать эту величину. Способность П. и. регистрировать сигналы минимальной длительности характеризуется его постоянной времени. Для практических целей важны такие характеристики П. и., как коэффициент преобразования и пороговая чувствительность — величина минимального сигнала, обнаруживаемого П. и. Чувствительность лучших счётчиков и фотоумножителей такова, что позволяет регистрировать отдельные фотоны падающего излучения. П. и. ИК диапазона менее чувствительны. Величина D*, обратная пороговой чувствительности П. и., отнесённой к единице полосы рабочих частот и к единице площади приёмной поверхности, для тепловых П. и. достигает 109 , для фотоэлектрических — 1012 (для l ~ 3 мкм ) и 1010 —1011 (для l ~ 1000 мкм ), постоянная времени электроннооптических преобразователей — до 10-12 сек, специальных фотоэлементов — до 10-9 сек, фотоэлектрических П. и. с внутренним фотоэффектом — 10-7 сек, в некоторых случаях (например, у примесных фотосопротивлений) — до 10-10 сек, тепловых П. и. — до 10-9 сек, но чаще (при высоких D* ) 10-2 — 10-3 сек.

  М. Н. Марков.

Приёмники света

Приёмники све'та , устройства, изменение состояния которых (реакция) под действием потока оптического излучения служит для обнаружения этого излучения, его измерения, а также для фиксации и анализа оптических изображений излучающих объектов; наиболее обширный класс приёмников излучения . В П. с. энергия излучения оптического диапазона преобразуется в др. виды энергии. Важными параметрами, характеризующими свойства и возможности различных типов П. с., являются: пороговая чувствительность — минимальный поток излучения , который может быть обнаружен на фоне собственных шумов П. с.; коэффициент преобразования (относительная чувствительность), который связывает падающий на П. с. поток излучения с величиной сигнала на выходе П. с.; постоянная времени — время, за которое сигнал на выходе П. с. нарастает до определённого уровня (этот параметр служит мерой способности П. с. регистрировать оптические сигналы минимальной длительности); спектральная характеристика — зависимость чувствительности П. с. от длины волны излучения. П. с., у которых чувствительность слабо зависит от длины волны в широком диапазоне длин волн, называются неселективными, в отличие от селективных П. с., имеющих на спектральной характеристике четко выраженные максимумы и (или) минимумы.

  П. с. подразделяют на тепловые, фотоэлектрические, механические и химические. К тепловым П. с. относятся термоэлементы , металлические и полупроводниковые болометры , молекулярные радиометры , оптико-акустические П. с. Из них наиболее распространены термоэлементы и вакуумные болометры. Изменение температуры поглощающей свет поверхности термоэлемента приводит к появлению в нём термо-эдс. Повышенной чувствительностью обладают последовательные соединения нескольких термоэлементов, называемых термостолбиками. В оптико-акустических (пневматических) П. с. регистрируется увеличение объёма газа, нагреваемого поглощённым излучением. К тепловым П. с., применяемым в инфракрасном (ИК) диапазоне, относятся и жидкие кристаллы , которые при нагреве излучением изменяют цвет. Тепловые П. с., как правило, неселективны и пригодны для измерений лучистой энергии в широкой области спектра (200 нм — 20 мкм; иногда до 1000 мкм ). Пороговая чувствительность лучших тепловых П. с. ~10-10 —10-11 вт, а постоянная времени в большинстве случаев составляет 10-1 —10-3 сек.

Фотоэлектрические П. с. разделяют на П. с. с внешним и внутренним фотоэффектом . Фотоэлектрические П. с. включают фотоэлементы , фотоэлектронные умножители , фотосопротивления (см. Фоторезистор ), фотодиоды , электроннооптические преобразователи , П. с. с фотоэлектромагнитным эффектом, квантовые усилители оптического диапазона. Эти П. с. селективны, и их реакция зависит от величин энергий отдельных поглощённых фотонов. Спектральная чувствительность П. с. с внешним фотоэффектом имеет характерную длинноволновую («красную») границу в области 0,6—1,2 мкм, определяемую природой вещества П. с. (см. Работа выхода ). Пороговая чувствительность П. с. с внешним фотоэффектом может быть доведена до 10-12 —10-15 вт при постоянной времени менее 10-9 сек (для электроннооптических преобразователей до 10-12 сек ). Чувствительность т. н. счётчиков фотонов ещё выше — до 10-17 вт/сек. Преимуществом фотосопротивлений, фотодиодов и П. с. с фотоэлектромагнитным эффектом относительно П. с. с внешним фотоэффектом является их работоспособность в далёкой И К области спектра (10—30 мкм ). Предельная чувствительность фотосопротивлений (в полосе частот шириной 1 гц ) составляет 10-10 —10-12 вт при постоянной времени 10-5 —10-7 сек. Для регистрации сверхкоротких импульсов лазерного излучения ИК диапазона в СССР разработан новый вид П. с., в которых используется эффект увлечения свободных электронов в полупроводниках фотонами. При поглощении света электронами вместе с энергией падающей световой волны поглощается и её импульс (количество движения ). Перераспределение импульса между кристаллической решёткой полупроводника и свободными электронами приводит к появлению упорядоченного движения (увлечения) электронов относительно решётки и регистрируется в виде тока или эдс. П. с. этого типа обладают высоким временным разрешением (постоянная времени ~ 10-11 —10-10 сек); они не требуют принудительного охлаждения и использования источников питания.

  Механические (пондеромоторные) П. с. обычно выполняются в виде крутильных весов и реагируют на давление света . Они применяются сравнительно нечасто, т.к. очень чувствительны к вибрациям и различным тепловым процессам.