Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
р1ф
2itco
In —
+ X
где Vi и У| — потенциалы первого и второго контактов, обуслов-
143
-о о-
Ux
Рис. 4.28. Схематическое устройство ФД (а), координатного приемника (б) с продольной фото-э. д. с., зависимость продольной фото-э. д. с. от положения светового пятна (в) и схема расположения контактов на двухкоординатним фотоприемнике (г);
1 — «-область; 2 — p-область; х — смещение зондирующего пятна
ленные продольной фото-э. д. с. при удалении светового пятна на расстояние х от центра; р — удельное сопротивление п-области; /ф — полный фототок; со —¦ толщина п-области; 2d — расстояние между контактами.
Зависимость значения продольной фото-э. д. с. от положения светового пятна называется инверсионной, или пеленгационной характеристикой. Крутизна пеленгационной характеристики зависит от диаметра светового пятна и расстояния между базовыми контактами. При смещении светового пятна на расстояние порядка 0,01 мкм изменение напряжения составит примерно 10 мкВ (при Ушах = 1,5 мВ). При малых смещениях пятна относительно центра можно пользоваться выражением
— (4.29)
х ясо d v ;
При расположении по краям чувствительного слоя четырех контактов (рис. 4.28, г) получаем двумерный инверсионный фотодиод. В этом случае результирующие напряжения по каналам равны
р/Ф Г, . „ р/ф In_rLj (4 30)
•In
v,=
где г — тактов.
2ясо *“ гг ’ ' v 2ясо
расстояние светового пятна от соответствующих кон-
¦ЙСО
\Гак как фототок зависит от падающего потока излучения и от токйвой чувствительности ФД SIt то Vx и Vy также зависят от непД Подставив /ф = 5ТФ в уравнения (4.29) и (4.30) и введя обозначение Snp = pSj/(ncod), получим
\ Vx^SapOX; (4.31)
\ Vx=snp ф41п7Г5 (4-32)
\
= 5прф4-1п^-, (4.33)
где Snр — продольная чувствительность ФД с продольным фотоэффектом. Линейная зона у таких приемников достигает 20% от расстояния между контактами.
К достоинствам ИКФ следует отнести: возможность изменять положение нулевой точки инверсионной характеристики за счет подачи постоянного напряжения на контакты; возможность внутренней электронной модуляции выходного сигнала (при подаче переменного напряжения на поперечные контакты), что позволяет (без предварительной модуляции потока излучения в пятне) использовать усилители переменного тока.
Глава 5
ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ
НА ОСНОВЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА
§ 5.1. Физические основы и принцип действия
Внешним фотоэффектом или фотоэлектронной эмиссией называют испускание электронов с поверхности фото-чувствительного слоя в вакуум или в другое вещество под действием падающего потока излучения.
В ПИ, основанных на внешнем фотоэффекте, поток электронов (называемых фотоэлектронами), эмиттируемых под действием падающего излучения одним из электродов (ф о т о к а-т о д о м) в вакуум (или газ), ускоряется за счет постоянного внешнего напряжения и улавливается другим электродом (анодом), образуя во внешней цепи электрический ток, который называют фототоком.
В качестве фотокатодов используют некоторые чистые и сложные металлы и полупроводники, фотоэлектронную эмиссию которых можно представить следующими процессами: поглощением фотона и передачей его энергии электрону, диффузией (перемещением) возбужденного электрона к поверхности фотокатода и прохождением его в вакуум через поверхностный потенциальный
145
барьер (электрическое поле, действующее в узкой области вблизи поверхности фотокатода, удерживающее электроны внутри вещества). Энергию, которую необходимо сообщить электрону для преодоления поверхностного потенциального барьера, называют работой выхода. Для внешнего фотоэффекта известны следующие основные законы. /
1. Значение фототока (число фотоэлектронов, вырываемых из фотокатода в единицу времени) в режиме насыщения (вое вылетевшие из фотокатода электроны собираются на анод, и /фототок не зависит от напряжения питания) прямо пропорционально потоку излучения, поглощенного фотокатодом, при неизменном спектральном составе падающего потока излучения (закон Столетова):
Iф Ф*^ИНТ)
где /ф — фототок, А; Ф — поглощенный поток, Вт (лм); S„Ht — интегральная чувствительность фотокатода, А/В.
2. Максимальная энергия выбиваемых фотоэлектронов пропорциональна частоте v падающего на фотокатод излучения и не зависит от потока излучения (закон Эйнштейна — закон сохранения энергии при фотоэлектронной эмиссии).
Если электрон в веществе после взаимодействия с упавшим фотоном с энергией hv вышел в вакуум с кинетической энергией (rnv*/2)max, совершив фотоэлектронную работу выхода Еф, то закон Эйнштейна можно записать в виде
(mv 72)шах =hv — Еф,
где т и v — масса и скорость фотоэлектрона.
Для каждого вещества существует длинноволновая граница внешнего фотоэффекта, называемая к р а с н о,й границей, так как энергия падающих фотонов hv уменьшается с увеличением длины волны и уменьшением частоты. Пороговая частота фотоэффекта vrp соответствует энергии падающих фотонов, при которой даже максимальная энергия фотоэлектронов (mv2/2)тях равна нулю: hvrv — Еф = 0, откуда
Г = c/vrp = hc/Еф = 1,234/?ф,
где V — граничная длина волны (мкм) при измерении Еф в эВ; с — скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме.
