Фотоприемники на основе внешнего фотоэффекта

К фотоприемникам на основе внешнего фотоэффекта относятся вакуумные приборы: фотоэлементы (ФЭ) и фотоэлектронные умножители (ФЭУ).

Спектральный диапазон вакуумных ФП зависит от материала фотокатода. Наиболее широко распространены приборы с сурьмяно-цезиевыми мультищелочными и серебряно-кислородно-цезиевымн фотокатодами.

Коротковолновая граница чувствительности, определяется главным образом прозрачностью входного окна прибора, длинноволновая зависит от материала фотокатода и определяется работой выхода электронов. В настоящее время разработаны фотокатоды на основе двойных и тройных полупроводниковых соединений (GаАs, InАsР) для расширения спектрального диапазона вакуумных ФП в длинноволновую область.

Одну из основных метрологических характеристик ФЭ - абсолютную спектральную чувствительность - для hн>E0 (h – постоянная Планка, н – частота излучения) можно представить следующим образом:

(2)

где Qэф - эффективный квантовый выход, л -.длина ваяны излучения, мкм.

Абсолютная чувствительность ФЭ в максимуме спектральной характеристики 10-3-10-1 мА/Вт и меняется в зависимости от типа и конструкции прибора.

Динамический диапазон, в котором сохраняется линейность преобразования оптического сигнала в электрический, для ФЭ сравнительно большой. Нижний предел ограничен шумами и темповым током ФЭ, верхний Ї влиянием пространственного заряда, продольного сопротивления фотокатода, его "утомлением". В режиме непрерывного облучения нижний предел может достигать 10-14 А, верхний не превышает 10-4 А. В импульсном режиме верхний предел может быть увеличен до десятков ампер.

Шумы и темновые токи ФЭ сравнительно невелики, однако из-за низкой чувствительности ФЭ нецелесообразно применять их для измерения малых уровней оптических сигналов. В таких случаях следует использовать другие типы ФП с большей чувствительностью. Временные параметры ФП в импульсном режиме обычно описываются параметрами импульсной (длительность импульса) и переходной характеристик (время нарастания фронта). Для линейных систем эти характеристики однозначно связали известными соотношениями и измерение одной из них позволяет точно определить остальные.

Однако реальный ФП в силу внутренних нелинейных эффектов нельзя считать идеальной линейной системой, и поэтому выбор того или иного параметра, характеризующего быстродействие, определяется конкретным применением ФП. Временные характеристики ФЭ, предназначенных для измерений в полосе частот до нескольких гигагерц, определяются следующими параметрами: временем ф1 пролета фотоэлектронов от фотокатода к аноду; дисперсией ф2 фотоэлектронов по времени пролета до анода за счет радиальных начальных скоростей и углового распределения выхода из фотокатода; временем ф3 вытекания заряда, образовавшегося на фотокатоде; инерционностью внешнего фотоэффекта ф4.

Оценку быстродействия (времени нарастания сигнала) ФЭ можно получить из выражения

(3)

По опубликованным данным длительность фотоэмиссии (ф4) меньше 10-12 с, а время пролета от катода к аноду (ф1) определяется расстоянием между электродами н .приложенным напряжением и также может быть меньше 10-12 с, Таким образом, быстродействие ФЭ ограничено в основном разбросом времен пролета фотоэлектронов от катода к аноду .и переходными процессами о контуре фотоэлемент-нагрузка.

Современные сильноточные временные ФЭ благодаря коаксиальной конструкции позволяют получать время нарастания переходной характеристики (между уровнями 0,1 н 0,9 от максимального значения) порядка 10-10 с.

Познавательно о обучении:

Система методологических знаний и умений в СШ
Для реализации на практике образовательных и воспитательных функций методологии науки необходимо разработать целостную систему формирования у учащихся методологических знаний и умений. Эти знания и умения довольно обширны, поэтому возникает проблема их отбора в учебных целях. С точки зрения основны ...

Конспект на тему: "Конституция России – основной закон нашего государства"
Форма урока: лекция Цель урока: сформировать у учащихся представление о государстве, рассмотреть его признаки и формы правления. Структура урока: организационный момент; изучение нового материала; закрепление нового материала; домашнее задание. Материалы к уроку: Конституция РФ. Текст лекции. 1. По ...

Методические рекомендации по использованию видеоматериалов на уроках английского языка
Мы считаем возможным дать несколько методических рекомендаций для использования видеоматериалов на уроках английского языка с целью развития навыков говорения: Использование видеоматериалов на уроке английского языка должно быть уместным к теме урока для лучшего запоминания учащимися тем, предусмот ...