Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Приемники излучения

Приемники излучения (далее П) устройства для преобразования сигналов электромагнитного излучения (в диапазоне от рентгеновских лучей с длиной волны l = 10-9 см до радиоволн с l = 10-1 см, о приемниках электромагнитного излучения с меньшей длиной волны см. в ст. Детекторы ядерных излучений) в сигналы др. физической природы с целью их обнаружения и использования (изучения) информации, которую они несут. П часто являются одними из основных узлов автоматических приборов и систем управления. Они играют важную роль в научных исследованиях, например в спектроскопии, квантовой электронике и астрономии. Преобразование сигналов в П осуществляется в процессе взаимодействия поля электромагнитного излучения с тем или иным веществом; поле изменяет энергетические состояния электронов, или молекул вещества, и эти изменения регистрируются.

  Существуют различные типы П, в которых используются вещества в разных агрегатных состояниях. Так, например, излучение может ионизовать газ, вызывая в нем электрический разряд; в этом случае регистрируется импульс тока или напряжения, а П называется счетчиком фотонов. Возможна регистрация увеличения объема газа, нагреваемого поглощенным излучением; таков принцип действия оптико-акустических (пневматических) П, которые могут работать во всей указанной области спектра, но чаще применяются в далекой инфракрасной (ИК) области в диапазоне длин волн 50-1000 мкм. Самую обширную группу составляют П из чувствительного к излучению твердого вещества. К ним относятся болометры, у которых при поглощении излучения меняется сопротивление электрическому току; термоэлементы, реакция которых на нагрев излучением состоит в появлении термо-эдс; пироэлектрические П, изготовляемые из сегнетоэлектриков - при взаимодействии с излучением на их поверхности появляется статический электрический заряд. Все эти П относятся к тепловым П, т.к. в механизме преобразования энергии в них основную роль играет нагрев вещества излучением. Они применяются во всей рассматриваемой области спектра.

  В фотоэлектрических П излучение непосредственно воздействует на электроны вещества (главным образом в явлениях внешнего и внутреннего фотоэффекта). Фотоэлементы и фотоэлектронные умножители (внешний фотоэффект, или фотоэлектронная эмиссия) используются в основном при l < 1-2 мкм, в то время как фотосопротивления (см. Фоторезистор), фотодиоды и др. П с внутренним фотоэффектом чувствительны к излучению вплоть до субмиллиметрового радиодиапазона. При более коротких l из рассматриваемой области спектра фотоэлектронные умножители и полупроводниковые лавинные фотодиоды могут работать в режиме счетчиков фотонов (существуют также счетчики фотонов, в которых используется эффект ионизации жидкости или твердого тела излучением). В далеком ИК и субмиллиметровом диапазонах применяют П, в которых фотоны не изменяют концентрацию электронов проводимости в твердом теле, а либо изменяют их подвижность (см. Подвижность ионов и электронов), либо оказывают давление на электроны путем передачи им импульса (эффект увлечения электронов фотонами, подробнее см. Приемники света). Фотоэлектрические П для диапазона 5-1000 мкм требуют охлаждения до 4-77 К, причем их рабочая температура должна быть тем ниже, чем больше длина волны регистрируемого излучения. При низких рабочих температурах для приема излучения используется также явление сверхпроводимости и связанные с ним эффекты (П, основанные на Джозефсона эффекте, сверхпроводящие болометрические П и др.).

  Наряду с одноэлементными П существуют многоэлементные П с отдельными приемными элементами, дискретно или непрерывно распределенными по поверхности. Они служат для получения двумерного изображения излучающего объекта. Классическим примером таких П являются фотопластинки и фотопленки. К ним относятся также электроннооптические преобразователи (работают при l £ 1,2 мкм), телевизионные передающие трубки, люминесцентные преобразователи (с т. н. тепловым гашением для всей рассматриваемой области спектра и "вспышечные" для излучения с l ~ 2 мкм), многоплощадочные полупроводниковые болометры и фотосопротивления (из сернистого - до l ~ 3,5 мкм, из индия - до l ~ 5,5 мкм), эвапорографы, в которых испаряется нагреваемая излучением пленка масла, и пр.

  Важный параметр любого П - отношение полезного сигнала к уровню помех; в процессе преобразования П не должен существенно ухудшать эту величину. Способность П регистрировать сигналы минимальной длительности характеризуется его постоянной времени. Для практических целей важны такие характеристики П, как коэффициент преобразования и пороговая чувствительность - величина минимального сигнала, обнаруживаемого П Чувствительность лучших счетчиков и фотоумножителей такова, что позволяет регистрировать отдельные фотоны падающего излучения. П ИК диапазона менее чувствительны. Величина D*, обратная пороговой чувствительности П, отнесенной к единице полосы рабочих частот и к единице площади приемной поверхности, для тепловых П достигает 109, для фотоэлектрических - 1012 (для l ~ 3 мкм) и 1010-1011 (для l ~ 1000 мкм), постоянная времени электроннооптических преобразователей - до 10-12 сек, специальных фотоэлементов - до 10-9 сек, фотоэлектрических П с внутренним фотоэффектом - 10-7 сек, в некоторых случаях (например, у примесных фотосопротивлений) - до 10-10 сек, тепловых П - до 10-9 сек, но чаще (при высоких D*) 10-2-10-3 сек.

  М. Н. Марков.


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 29.03.2024 07:47:03