Физическая энциклопедия - приёмники оптического излучения

устройства, изменение состояния к-рых под действием потока оптического излучения служит для обнаружения этого излучения. П. о. и. преобразуют энергию оптич. излучения в другие виды энергии (тепловую, электрич., механич. и т. д.), более удобные для непосредств. измерения. Они реагируют на интенсивность излучения, усреднённую по мн.

периодам колебания поля, т. к. время реакции приёмника независимо от того, на каком физ. явлении он основан, определяется процессами переноса и релаксации, к-рые происходят медленнее, чем колебания светового поля. Важными параметрами, характеризующими св-ва и возможности разл. типов П. о. и., явл.: п о р о г о в а я ч у в с т в и т е л ь н о с т ь миним. поток излучения (к-рый может быть обнаружен на фоне собств. шумов П. о. и.), отнесённый к единице полосы рабочих частот (измеряется в Вт/Гц1/.2); к о э ф ф. п р е о б р а з о в а н и я (интегральная чувствительность, относит.

чувствительность), к-рый связывает падающий поток излучения с величиной сигнала на выходе П. о. и.; п о с т о я н н а я в р е м е н и время, за к-рое сигнал на выходе П. о. и. нарастает до определённого уровня (этот параметр служит мерой способности П. о. и. регистрировать оптич. сигналы миним. длительности); с п е к т р а л ь н а я х а р а к т е р и с т и к а зависимость чувствительности П.

о. и. от длины волны излучения. П. о. и., у к-рых чувствительность слабо зависит от длины волны в широком диапазоне длин волн, наз. н е с е л е к т и в н ы м и, в отличие от с е л е к т и в н ы х П. о. и., имеющих на спектральной хар-ке чётко выраженные максимумы и (или) минимумы. Разнообразие типов П.

о. и. определяется многочисленностью способов преобразования энергии и невозможностью создать П. о. и. одинаково чувствительными во всём оптич. диапазоне. Поглощение энергии оптич. излучения вызывает изменение состояния в-ва его чувствит. элемента. Таким изменением может быть повышение темп-ры, к-рое в свою очередь вызывает изменение разл.

параметров вещества: давления газа, электропроводности тв. тела, электрич. поляризации диэлектрика и др. П. о. и., основанные на этом принципе, наз. т е п л о в ы м и. Наиболее распространённые П. о. и. этого типа металлич. и полупроводниковые болометры и термоэлементы, применяются также мол. радиометры, оптикоакустич., пироэлектрич.

приёмники и др. Действие болометров основано на изменении электрич. сопротивления металла или полупроводника при изменении темп-ры, вызванном поглощением падающего потока оптич. излучения. Изменение темп-ры поглощающей поверхности термоэлементов, пропорциональное падающему на неё излучению, приводит к появлению в них соответств. термоэдс. П и р о э л е к т р и ч е с к и е П. о. и. обычно изготавливают из сегнетоэлектриков; при вз-ствии с излучением на их поверхности появляются статич. электрич. заряды. В о п т и к о-а к у с т и ч е с к и х и п н е в м а т и ч е с к и х (газовых, жидкостных) П. о. и. регистрируется либо увеличение (в результате повышения темп-ры) объёма поглощающей среды, либо акустич.

волны (звук), возникающие в ней при поглощении оптич. излучения. Д и л а т о м е т р и ч е с к и е П. о. и. основаны на использовании теплового расширения тв. тел (см. ДИЛАТОМЕТР). Тепловые П. о. и., как правило, неселективны и пригодны для измерения эл.-магн. энергии в широкой области спектра (0,2-50 мкм, иногда до 1000 мкм). Порог чувствительности лучших тепловых П.

о. и. 10-11-10-10Вт/Гц1/2 при постоянной времени 10-3 -10-1 с. Сверхпроводящие полупроводниковые болометры, работающие при глубоком охлаждении (3-15 К), имеют порог чувствительности на уровне 10-12 Вт/Гц1/2 и постоянную времени 10-4 с. Ф о т о э л е к т р и ч е с к и е П. о. и. непосредственно преобразуют эл.-магн. энергию в электрическую. Их разделяют на П.

о. и. с внеш. и внутр. фотоэффектом. К ним относятся фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, фоторезисторы, фотодиоды, электронно-оптические преобразователи, П. о. и. с фотоэлектромагн. эффектом, квантовые усилители оптич. диапазона. Эти П. о. и. селективны, и их реакция зависит от величины энергии отд. поглощённых квантов. Спектральная хар-ка П.

о. и. с внеш. фотоэффектом имеет характерную длинноволновую (красную) границу в области 0,6-1,2 мкм, определяемую природой в-ва чувствит. элемента приёмника (см. РАБОТА ВЫХОДА). Фотоэлектрич. П. о. и. с внутр. фотоэффектом в зависимости от типа чувствительны и в далёкой ИК области спектра (до 10-30 мкм).

Порог чувствительности П. о. и. с внеш. фотоэффектом может быть доведён до 10-12-10-15 Вт/Гц1/2 при постоянной времени 10-9 с. Порог чувствительности т.н. с ч ё т ч и к о в ф о т о н о в (полупроводниковых лавинных фотодиодов) ещё выше до 10-17 Вт/Гц1/2. Предельная чувствительность фоторезисторов 10-10-10-12 Вт/Гц1/2 при постоянной времени 10-5-10-7 с. Для регистрации сверхкоротких импульсов лазерного излучения ИК диапазона разработаны новые П.

о. п., основанные на увлечения эффекте светом носителей заряда. При наличии у эл.-магн. волны конечного импульса при вз-ствии излучения с в-вом (внутризонное поглощение на свободных носителях, переходы между подзонами в валентной зоне) возникает направленное движение носителей, к-рое регистрируется в виде тока или напряжения. П.

о. и. такого типа имеют постоянную времени 10-11-10-10 с, не требуют принудит. охлаждения в использования источников питания. Ещё большее временное разрешение, до 10-14-10-13 с, может быть получено при использовании приёмников с микроантенной на основе структур металл окисел-металл, работающих как туннельный диод. Недостатком приёмников этого типа явл.

их малая чувствительность. П о н д е ро м о т о р н ы е (механические) П. о. и. реагируют на световое давление, для измерения к-рого можно использовать разл. типы датчиков (ёмкостный, пьезоэлектрический), но чаще всего используют крутильные весы.

Применение приёмников этого типа ограничено, т. к. они очень чувствительны к вибрациям и тепловому излучению окружающей среды. К фотохимическим П. о. и. относятся все виды фотослоев, используемых в совр. фотографии. В отличие от фотоэлектрич. и тепловых П. о. и. фотослой не только суммирует фотохим. действие излучения, но и обладает способностью сохранять его в течение длит.

времени. Мерой величины поглощённой энергии служит оптическая плотность проявленного фотослоя. К П. о. и. могут быть отнесены и глаза живых существ. Область спектра, в к-рой чувствителен глаз человека (0,4-0,8 мкм), наз. в и д и м о й о б л а с т ь ю. Человеческий глаз селективный приёмник с макс.

чувствительностью ок. 555 нм. Адаптированный в темноте глаз человека (см. АДАПТАЦИЯ ГЛАЗА) имеет пороговую чувствительность 10-17 Вт/с, что соответствует неск. десяткам фотонов в 1 с. Глаза др. животных отличает большое разнообразие; так, глаза нек-рых насекомых реагируют на поляризацию света. Для получения двумерного изображения излучающего объекта применяются м н о г о э л е м е н т н ы е П.

о. и. с дискретно или непрерывно распределёнными по поверхности приёмными элементами. К ним относятся фотопластинки, фотоплёнки, электронно-оптические преобразователи, многоплощадочные полупроводниковые болометры и фоторезисторы, эвапорографы (см. ЭВАПОРОГРАФИЯ). П. о. и. применяются в спектроскопии, квантовой электронике, астрономии, в автоматич.

системах управления и т. д. .