Глава XVIII. ОПТИЧЕСКИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

96. Некоторые характеристики и параметры приемников излучения

Фотоэлектрическими оптическими системами называют системы, которые регистрируют излучение с помощью фотоэлектрических приемников. К ним же следует отнести и системы, в которых используются тепловые, оптико-акустические и другие неселективные приемники.

Приемник излучения (приемник лучистой энергии) — устройство, предназначенное для преобразования энергии оптического излучения в электрическую энергию.

Для сравнительной оценки различных приемников излучения с точки зрения их работы в фотоэлектрической системе используют общие способы описания свойств приемников через систему характеристик и параметров.

Параметром приемника излучения называют величину, характеризующую определенное свойство приемника при работе его в оговоренных условиях. К таким параметрам относят: интегральную чувствительность, порог чувствительности, постоянную времени, размеры и форму светочувствительного слоя и др.

Под характеристикой приемника излучения понимают его свойство, которое может быть описано только совокупностью значений каких-либо величин. Характеристики приемника могут быть описаны аналитически или представлены в виде таблиц и графиков. К таким характеристикам относятся: спектральная характеристика, частотная характеристика, вольтовая характеристика и др.

Рассмотрим наиболее важные параметры и характеристики приемников излучения, которые необходимо учитывать при согласовании действия источника излучения, оптической системы и приемника.

Спектральная чувствительность характеризуется отношением реакции приемника к значению монохроматического потока излучения В зависимости от схемы включения приемника эта реакция может быть в виде изменения тока, напряжения и других параметров электрической цепи. В соответствии с этим используют термины: токовая чувствительность, вольтовая чувствительность и т. д.

В общем случае будем обозначать реакцию приемника Тогда его спектральная чувствительность выражается

Рис. 232. Спектральная чуистпнтелыюсть приемника излучения

зависимостью: которая может иметь размерность .

График функции для большинства селективных приемников имеет вид плавной кривой с одним максимумом (рис. 232, а). Для упрощения фотоэлектрических расчетов используют относительную спектральную чувствительность, определяемую по формуле

где максимальная спектральная чувствительность.

Зависимость (рис. 232, б) также называют спектральной характеристикой приемника и приводят в паспорте на приемник излучения. По спектральной характеристике можно определить спектральный диапазон излучения, регистрируемый приемником, от коротковолновой границы до длинноволновой а также вычислить абсолютную спектральную чувствительность согласно (420):

Спектральная характеристика неселективного приемника является прямой, параллельной оси абсцисс.

Интегральная чувствительность характеризуется отношением .реакции приемника к потоку излучения сложного спектрального состава:

Если источник излучения имеет сплошной спектр, то интегральная чувствительность будет определяться зависимостью:

Единица интегральной чувствительности

Из формулы (422) следует, что интегральная чувствительность селективного приемника зависит от спектрального состава излучения источника. Поэтому при определении интегральной чувствительности принято пользоваться стандартным источником — лампой накаливания с вольфрамовой спиралью, работающей

в режиме А при цветовой температуре В некоторых случаях для определения интегральной чувствительности приемников используют лампу накаливания с вольфрамовой нитью, нагретой до цветовой температуры 2360 К.

Стандартный излучатель характеризуют световым потоком, который он испускает, а интегральную чувствительность приемника определяют, как отношение его реакции к световому потоку:

В этом случае единицей интегральной чувствительности будет .

В формулах (422) и (423) вместо спектральной плотности потока излучения можно использовать спектральную плотность энергетической светимости Если известны спектральная характеристика приемника и его интегральная чувствительность по световому потоку, то согласно (423) можно найти абсолютную спектральную чувствительность приемника:

единицей которой будет Для вычисления интегралов формулы (424) можно воспользоваться любым из известных способов графического интегрирования.

Порог чувствительности характеризуется минимальным потоком излучения, при котором на выходе приемника вырабатывается сигнал, находящийся в заданном отношении к шуму. Порог чувствительности обозначают или с соответствующими размерностями: или Шумы приемника зависят от площади светочувствительного слоя и полосы пропускания частот системы. Соответственно единицей порога чувствительности будет или

Следует иметь в виду, что так же, как интегральная чувствительность, порог чувствительности селективного приемника зависит от спектрального состава излучения источника. Поэтому порог чувствительности обычно определяют по стандартному излучателю или Для приемников, регистрирующих излучение в далекой инфракрасной области спектра, используют излучатель с температурой

Размеры и форма светочувствительной поверхности приемника излучения оказывают влияние на порог чувствительности и имеют существенное значение при определении характеристик оптической фотоэлектрической системы.

Если на поверхности приемника, установленного после оптической системы, создана энергетическая освещенность то при площади светочувствительной поверхности поток излучения, упавший на приемник, будет

а реакция приемника на этот поток определяется согласно (421):

Тогда необходимое значение энергетической освещенности, создаваемой оптической системой, определяют по формуле