Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
i
3. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИЕМНИКИ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИЗЛУЧЕНИЯ
Для УФ, видимой н ближней ИК областях спектра наиболее широко |
используются фотоэмиссионные приемники, работа которых осно- I
вана на: внешнем фотоэффекте. К фотоэмиссионным приемникам |
относятся фотоэлементы (вакуумные и газонаполненные) и фото- |
электронные умножители (ФЭУ). Л
Спектральные характеристики фотоэмиссионных приемников 1;
определяются типом фотокатода. Область их применения — от н||
ультрафиолетовой до ближней инфракрасной (рис. 68). 5!
Фотоэлементы — наиболее простой тип фотоэмиссионных приемников. Чувствительность вакуумных фотоэлементов обычно составляет от нескольких десятков до нескольких сотен микроампер на люмен. Несмотря на невысокую чувствительность фотоэлементов, они получили достаточно широкое применение в спектральных приборах, так как вследствие их большого внутреннего сопротивле-ния можно легко усилить фототок с помощью ламповых усилителей. 1
Газонаполненные фотоэлементы, в которых колба заполнена ||
инертным газом при низком давлении, имеют чувствительность в 5— |
7 раз большую, чем вакуумные. Это объясняется усилением фототока за счет ионизации газа. Постоянная времени вакуумных фотоэлемен- |
тов составляет ~10~9—10~и с, а газонаполненных -~10-4—Ш-в с. ]
В настоящее время в спектральных фотоэлектрических приборах очень широко используют ФЭУ. Чувствительность ФЭУ может достигать нескольких десятков и сотен ампер на люмен. Параметры современных ФЭУ позволяют применять их как для регистрация I-
слабых световых потоков, так и для регистрации спектральных
94
Рис. 68. Спектральные характеристики фотокатодов:
/ — сурьмяно*цезневых; 2 — мультищелочных; 3 --висмутосеребряно-цезиевых; 4 — кислородно-серебрян о-дезисвых
линий очень большой интенсивности.
Постоянная времени ФЭУ 10”8—10-9 с.
Достоинством фотоэмиссионных приемников является относительно большая зона световых характеристик; в отдельных случаях линейная зависимость выходного тока от освещенности на фотокатоде имеет место и при больших значениях освещенностей. В спектральных приборах используются серийно выпускаемые отечественные ФЭУ различных марок, в том числе ^специально выполненные для ультрафиолетовой области (ФЭУ-18А, ФЭУ-57, ФЭУ-71), для точных фотометрических изме-
рений (ФЭУ-14, ФЭУ-58, ФЭУ-70, ФЭУ-81, ФЭУ-92), для измерения быстросменяющихся световых потоков (ФЭУ-30, ФЭУ-77), для измерения пороговых световых потоков (ФЭУ-103, ФЭУ-112, ФЭУ-113) и некоторые другие. Параметры отечественных ФЭУ, применяемых при спектральных измерениях, приведены в книге [27].
В вакуумной ультрафиолетовой области для спектральных измерений применяются фотоэлектрические приемники двух типов: люминесцентные приемники, преобразующие излучение, непосредственно воздействующее на фотокатод, и приемники открытого типа.
Принцип работы люминесцентных приемников основан иа том, что люминофоры (наиболее удобный из них — слой, нанесенный на подложку распылением насыщенного спиртового раствора салициловокислого натрия) преобразуют спектральный состав излучения, вследствие чего оно проходит через стеклянные окна фотоэлемента или фотоумножителя.
Недостатком ФЭУ, действие которых основано на люминесценции, является их чувствительность к излучению в видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра. Поэтому для устранения или уменьшения искажающего влияния длинноволнового рассеянного света предусматриваются светофильтры, пропускающие излучение только в полосе люминесценции экрана. Обычно в качестве светофильтров используют тонкие пленки из алюминия, иидия, бериллия, серебра, кадмия и других металлов.
В приемниках открытого типа падающее излучение не отделяется окном от фотокатода. В качестве таких приемников используются фотодиоды и вторично-электронные умножители (ВЭУ). ВЭУ представляет собой фотоэлектронный умножитель, в котором роль фотокатода выполняет первый динод. Приемники открытого типа обладают высокой чувствительностью в области спектра короче 200 нм, и при соответствующем выборе фотокатода их чувствительность быстро падает с увеличением длины волны, что уменьшает ошибки измерений, обусловленные влиянием длинноволнового излучения.
Рис. 69» Спектральные характеристики фоторезисторов:
/ — сернисто-свинцовых; 2 — селейнстосвиицовых; $ — германиевых
Из других типов фотоэлектрических приемников в вакуумной ультрафиолетовой области используются кремниевые фотодиоды, покрытые пленкой золота толщиной ~10 нм. Подробные сведения о приемниках для вакуумной ультрафиолетовой области приведены в книге [20J. г 4 s § л,мкм Наряду с фотоэмиссиоиными приемниками в спектральных приборах нашли применение приемники с внутренним фотоэффектом, главным образом — фоторезисторы и фотодиоды.
Принцип действия фоторезистора основан на изменении электрической проводимости чувствительного слоя приемника при его облучении, Спектральные характеристики фоторезисторов, приведенные на рис. 69, показывают, что применение этих приемников наиболее целесообразно в ИК области спектра. Световые характеристики линейны лишь в небольшой зоне, а их чувствительность увеличивается с понижением температуры. Фоторезисторы обладают малой массой и размерами, пониженным по сравнению с фотоэмис-сионными приемниками напряжением питания. Постоянная времени фоторезисторов составляет 10"2—10'"* с для чистых и 10-6—10-8 с — для легированных полупроводниковых фоторезисторов.
