Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.
Скачать (прямая ссылка):
274
жешш описывается постоянной времени; шумовая характеристика — среднеквадратическим значением шума или спектральной плотностью шума на одной фиксированной частоте. В качестве параметров, описывающих спектральную характеристику, иногда используются значения длин волн Х0 и при которых спектральная чувствительность соответственно равна 0,5 и 0,01 от максимального значения. Например, спектральные свойства фоторезисторов из сернистого, теллуристого и селенистого свинца могут быть описаны следующим образом (в скобках указана температура чувствительного слоя фоторезистора):
PbS (295 К) РЬТе (77 К) PbSe (77 К)
Я,0, мкм Klt мкм
3,1 3,3
5,4
5,9
5,95
6,5
Рис. 217. Приемник как преобразователь излучения в электрический сигнал:
Ф — поток излучения; U — сигнал; S — крутизна преобразования (чувствительность) приемника
ГОСТ 19852—74 определяет коротковолновую X' и длинноволновую X" границы спектральной чувствительности фотоприемника как наименьшую и наибольшую длины волн монохро- о матического излучения, при ко- ф торых монохроматическая чувствительность фотоприемника о равна 0,1 ее максимальной величины.
Вместо спектральной характеристики могут задаваться абсолютные значения пороговой чувствительности приемника на фиксированных длинах волн и т. д. Если же иметь в виду, что фотоприемник излучения обычно применяется для обнаружения или регистрации потока излучения сложного спектрального состава, т. е. главным образом используются его интегральные свойства, то спектральную характеристику можно задать значениями коэффициента использования излучения или эффективной спектральной ширины полосы пропускания приемника, определение которых приведено ниже.
Далее будут рассмотрены только те характеристики и параметры приемников излучения, которые позволяют осуществить феноменологическое описание свойства приемника преобразовать поток излучения в электрический сигнал. С этой точки зрения приемник можно рассматривать как четырехполюсник, имеющий крутизну преобразования S, которая и определяет величину сигнала, вырабатываемого приемником и приходящегося на единицу падающего на него потока излучения (рис. 217).
Крутизна преобразования выражается в различных единицах (вольт на ватт, ом на ватт, ампер на ватт, ампер на люмен и т. д.) и обычно называется чувствительностью, что, конечно, не совсем
275
строго, так как более чувствительным может быть не тот приемник, который вырабатывает больший сигнал, а тот, который обеспечивает большую величину отношения сигнала к шуму. Это обстоятельство находит свое выражение и в технической литературе, где, следуя Джонсу, в отличие от термина sensitivity (чувствительность), иногда предпочитают использовать термин responsivity (отзывчивость или реакция, ответ).
§ 2. АМПЛИТУДНЫЕ (ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ИЛИ СВЕТОВЫЕ)
И СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИЕМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
Свойство приемника излучения вырабатывать электрический сигнал определенной величины под действием падающего на него потока излучения трудно выразить одним значением крутизны
преобразования, так как зависимость сигнала U от потока Ф
обычно нелинейна (рис. 218). Для полного описания нужно знать всю эту зависимость, которую можно назвать полной амплитудной (статической) характеристикой приемника излучения. Однако ее получение связано с существенными экспериментальными трудностями, поэтому обычно для описания амплитудной характеристики пользуются понятием крутизны преобразования (чувствительности).
Как известно, различают три значения крутизны:
крутизна для немодулированного сигнала, или статическая крутизна (чувствительность) фотоприемника, определяемая наклоном секущей:
5= = VIФ - tg а;
крутизна для модулированного сигнала, или дифференциальная крутизна (<чувствительность), определяемая наклоном касательной:
s= lim -^-=tgp;
ДФ-*0 Лф
средняя крутизна 5ср, определяемая отношением амплитуды первой гармоники сигнала, вырабатываемого приемником, к амплитуде синусоидально-модулированного потока излучения. Очевидно, что до тех пор, пока поток излучения не выходит за пределы линейного участка полной амплитудной характеристики, средняя крутизна постоянна и сигнал синусоидален. В дальней-
Рис. 218. Общий вид зависимости сигнала, вырабатываемого приемником, от падающего на него потока излучения — полная амплитудная характеристика
276
шем при увеличении потока имеет место нелинейность, причем в пределе сигнал приобретает форму прямоугольных импульсов, амплитуда первой гармоники которых практически не изменяется, т. е. значение средней крутизны стремится к нулю.
Наибольшее распространение получило понятие крутизны для модулированного сигнала, или дифференциальной крутизны (дифференциальной чувствительности). Когда пользуются этим понятием, то под амплитудной (энергетической или световой) характеристикой приемника излучения подразумевают зависимость дифференциальной крутизны (чувствительности), выраженной в относительных величинах S/S0, от уровня постоянной засветки (немодулиро-ванного потока излучения) Ф=.
Такая характеристика называется фоновой характеристикой чувствительности фото* приемника (рис. 219).
