Теория оптических приборов - Чуриловский В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
аккумулировать световую энергию за время экспозиции, что позволяет
обнаруживать очень слабые источники света. Например, фотографируя
небесный свод с очень большой длительностью экспозиции (много часов),
можно обнаружить звезды, которые нельзя увидеть визуально при помощи
современных телескопов.
§ 44. Чувствительность фотоэлектрических приемников световой энергии
Фотоэлектрическими приемниками принято называть приборы, преобразующие
лучистую энергию непосредственно в электрическую, используя при этом
фотоэлектрический эффект. Сюда
151
относятся фотоэлементы с внешним фотоэффектом, фотосопротивления н
веитильиые фотоэлементы, а также электроиио-оптические преобразователи
(эопы) и электронные фотоумножители. В настоящее время область
чувствительности некоторых фотоэлементов й фотосопротивлений простирается
в инфракрасной части спектра ДО ДЛИНЫ ВОЛН X я" 6 мкм, что позволило
создать приборы для наблюдения в темноте по тепловому излучению
предметов.
Широко применяются вакуумные кислородноцезиевые фотоэлементы с внешним
фотоэффектом, в которых электроны, освобождаемые квантами света, выходят
из металла через вакуум. Интегральная чувствительность таких
фотоэлементов достигает 50 мка/лм. Сенсибилизированные кислородом
сурмяноцезиевые фотоэлементы дают фототок в 100-120 мка/лм.
Чувствительность газонаполненных кислородноцезиевых фотоэлементов
достигает 500 мка/лм, но они отличаются более высокой инерционностью.
Существенным недостатком этих фотоэлементов является непостоянство
чувствительности их фотокатода в разных точках его. При переходе от
центра к краю в кислородноцезиевых фотоэлементах происходит резкое
падение чувствительности, достигающее 100% от среднего значения при
площади действующего окна 1 мм*. В сурмяноцезневых фотоэлементах при
площади окна 0,1 мм* происходят колебания чувствительности порядка 30-
40%. Для исключения погрешности, вызванной этим недостатком
фотоэлементов, рекомендуется такая конструкция работающей с фотоэлементом
оптической системы, при которой иа окне фотоэлемента возникает
изображение не предмета, обладающего переменной структурой и движущегося
в пространстве, а апертурной диафрагмы, неподвижной относительно
фотоэлемента. Этим достигается постоянное и равномерное распределение
светового потока по площади окна фотоэлемента.
В фотосопротивлениях используется внутренний фотоэффект, выражающийся в
изменении электропроводности при облучении светом. В ннх применяются
полупроводники, чаще всего селен, таллофнд (сернистый таллий) и сернистый
свинец. Охлаждение фотосопротивлений позволяет устранить внутренние
помехи (тепловое движение электронов, создающее "шум") и этим повысить
чувствительность до 106 мка/лм.
В вентильных фотоэлементах под воздействием освещения возникает
электродвижущая сила. На границе полупроводника и металла в них
образуется тонкий запирающий слой толщиной ~20 нм, в котором и возникает
фотоэффект. Наиболее распространены селеновые, меднозакисные,
серноталлневые и серносеребряные вентильные фотоэлементы.
Чувствительность серноталлиевых фотоэлементов достигает 10 000 мка/лм.
Спектральное распределение чувствительности селенового фотоэлемента
приближается к распределению чувстви-
152
тельности глаза человека; поэтому селеновые фотоэлементы получили широкое
применение в фотометрах, люксметрах и фотоэлектрических экспонометрах.
В табл. II. 2 приведены некоторые характеристики фотоэлектрических
приемников.
Таблица II. 2 Характеристики фотоэлектрических приемников
Тупы фотоэлементов Рабочая область спектра в мк Спектральный макси-
Интеграль- тельность в мка/лм Порог чувствительности в лм
Размер светового окна в мм Инерционность в сек
С внешним фотоэффе к т о м
Кислородноцезие- 0,4-1,1 0,8 30-50 5 ¦ 10~7 040 10-8
вый, вакуумный
Кислородноцезие- 0,4-1,0 0,8 250 5 ¦ 10-* 039 10-*
вый газонаполненный
Сурмяноцезиевый 0,38-0,62 0,45 ПО 10'7 039 10-"
Сурмяноцезиевый 0,2-0,6 0,42 50 - 015 10""
для ультрафиолета
Фотосопрот и в л е и и я
Сернистоталлиевое 0,4-1,35 1.0 105-10* 10'* От 1X1 10-*
до 5x5
Сернистосвинцовое 0,5-3,0 2,7 До 10'" От 1x1 10-4
1 в/вт вт до 10x10
Фотоумно жители
Кислородносере- 0,4-1,1 0,75 10е-107 10'" 5X3 10-"
бряноцезиевые
Сурмяноцсзиевые 0,37-0,6 0,45 10е- ю7 5X3 10-8
В е н т и л ь н ы е
Селеновый 0,4-0,7 0,55 500 ю-4 039 10-3
Серноталлиевый 0,4-1,2 0,95 10 000 - 030 10-3
Серносеребряный 0,5-1,3 1,05 8 000 020 10-3
Кроме фотоэлектрических приемников лучистой энергии, в инфракрасной
области спектра применяются тепловые приемники излучения. Сюда относятся
термоэлементы, обладающие чувствительностью 7 в/вм. Полупроводниковые
термоэлементы обладают пороговой чувствительностью 10"10 вт.
Металлические болометры (с золотой пленкой) обладают чувствительностью
4,3 в/вт
153
и пороговой чувствительностью 10-7 вт. Диэлектрические болометры (с
нитробензольной пленкой) имеют чувствительность 300 в/вт и пороговую
