Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапозонах - Формозов Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Особую роль играют так называемые "фоновые помехи", которые создают серебристые высотные облака, расположенные на высоте до 80 км и состоящие из микрокристаллов водяного льда. Природа этих облаков метеорологами до конца еще не выяснена.
Эти облака являются точечной целью, отражающей солнечное излучение; имеющие размеры, сравнимые с размерами проекции факела стартующей МБР, и при наблюдении поверхности Земли с высоких орбит движутся относительно поверхности Земли со скоростью, сравнимой со скоростью стартующей МБР.
Для борьбы с этими фоновыми помехами (ложными целями) на борту космического аппарата необходим компьютер с алгоритмом "селекции движения". С помощью этого алгоритма движение серебристых облаков легко селектируется по сравнению с движением МБР, имеющей определенный тангаж, азимут и плоскость стрельбы. Просто для этого необходима компьютерная обработка нескольких последовательных кадров обнаружителя.
17 3. ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ.
ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Приемники ИК-излучения фактически являются преобразователями энергии в какую-либо удобную форму для непосредственного измерения - электрический ток, напряжение, почернение фотоэмульсии и др. Остановимся на основных характеристиках ИК-приемников.
Чувствительность - отношение изменения электрической величины на выходе приемника излучения (ПИ), вызванного падающим на него излучением, к количественной характеристике этого излучения в заданных эксплуатационных условиях.
Токовая чувствительность S1 - чувствительность ПИ, у которого измеряемой электрической величиной является сила фототока, а вольтовой Sv - чувствительность при измерении напряжения на выходе ПИ.
Интегральная чувствительность ПИ - чувствительность к немонохроматическому излучению заданного спектрального состава, а монохроматической S^ - чувствительность к монохроматическому излучению с длиной волны ? .
Статическая чувствительность - отношение постоянных значений измеряемых на входе и выходе ПИ величин, а дифференциальная - отношение малых приращений этих величин.
Квантовый выход (для ФЭУ и других ПИ с внешним фотоэффектом) - отношение числа фотоэлектронов, преодолевших работу выхода и вышедших из фотокатода в вакуум, к числу фотонов, падающих на фотокатод.
Квантовая эффективность (для твердотельных телевизионных фотоэлектрических преобразователей (ТТФЭП) - отношение числа фотогенерированных носителей в полупроводнике к числу падающих фотонов. Квантовый выход для ТТФЭП (как отношение поглощенных
фотонов к числу фотогенерированных носителей заряда) всегда ? 1.
Обнаружительную способность используют при сравнении нескольких ПИ и считают, что ПИ, имеющий самый высокий выходной
18 сигнал при данной облученности, имеет лучшую чувствительность. Однако если ПИ сравнивают по способности к обнаружению минимального потока излучения, то лучший приемник тот, который обладает наименьшей величиной Рпор , т. е. потока, равного тому потоку, который вызывает на выходе ПИ сигнал, равный собственному шуму. Джонс предложил использовать величину, обратную Рпор, т. е. обнаружитель-ную способность D:
D = -L, Вт-1. (31)
P
пор
Большие теоретические и экспериментальные исследования показали справедливость допущения, что D обратно пропорциональна квадратному корню из площади ПИ, т. е.
DiJs^ = const, (3.2)
где S^ - площадь чувствительной площадки ПИ, см2.
Так как шум на выходе ПИ содержит много гармоник разной часто -ты, ясно, что D зависит от полосы частот измерительного устройства.
Предполагая, что напряжение шума, отнесенное к полосе частот, не зависит от частоты (хорошо проверенное утверждение на практике), получим, что D меняется обратно пропорционально квадратному корню из полосы частот ?/ .
Используя это предположение, Джонс ввел величину D*, отнесенную к полосе частот ?/ = 1 Гц и площади ПИ в 1 см2
Dd = D (SsaDf )1/2 =ЩЙ1, (3.3)
Рпор
где D измеряется в см[Гц1/2ПВт-1; S - см2; ?/ - Гц; D* - удельная обнаружительная способность.
3.1. ПИ с внешним фотоэффектом
Внешний фотоэффект открыт Герцем в 1887 г., но лишь в 1902 г. Эйнштейн объяснил это явление.
Энергия фотона:
hc
E = hu = —. (3.4)
? v 7
19 Фотон, поглощенный фотокатодом, отдает свою кинетическую энергию электрону металла, а тот может преодолеть работу выхода и выйти в вакуум.
Кинетическая энергия фотоэлектрона, вышедшего в вакуум,
^Ct mv! = hu-D = * - ?, (3.5)
2 ? v^
где ? - работа выхода поверхности фотокатода.
Самую низкую работу выхода среди металлов (1,9 эВ) имеет цезий. Так как энергия фотона зависит от частоты, то существует "красная граница" фотоэффекта
1 24
?c = —, (3.6)
c ?
где ? измеряется в эВ.
В настоящее время созданы сурьямяно-цезиевые и полупрозрачные фотокатоды,квантовый выход которых достигает 10-12 %; ? c цезия составляет 0,65 мкм. У современных фотокатодов она ^c несколько больше.
3.2. Фотопроводящие ПИ
В наиболее распространенных ПИ, работающих в ИК-диапазоне, используются различные виды внутреннего фотоэффекта в полупроводниках.
