§ 63. ИСКУССТВЕННЫЕ ПРИЕМНИКИ СВЕТА

Наиболее чувствительными из искусственных приемников света являются электронно-оптические устройства — фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и электронно-оптический преобразователь (ЭОП), применяемые во всем оптическом диапазоне. В них используется усиление первоначального светового сигнала потоком электронов. Остановимся на устройстве этих приборов несколько подробнее.

ФЭУ позволяет преобразовать световой сигнал в электрический, пропорциональный потоку фотонов. Попадая через прозрачное окошко на светочувствительный слой (фотокатод), фотоны выбивают из него электроны, которые ускоряются в электрическом поле ФЭУ и «размножаются» при соударениях с электродами (динодами); материал динодов имеет коэффициент вторичной эмиссии (рис. VIII.5). Обычно диноды делают из сплавов медь — бериллий; медь — магний и т. д., для них а Коэффициент усиления ФЭУ достигает 106, что позволяет регистрировать отдельные фотоны. Действительно, если выходная емкость порядка (см. рис. VIII.5), один фотоэлектрон создает на выходе сигнал в что вполне надежно измеряется. Однако здесь имеется ограничение, связанное со статистическим характером фотоэффекта: в среднем на 10 фотонов, попавших на фотокатод, выходит 1 фотоэлектрон.

ЭОП применяется для получения изображения слабосветящихся объектов, излучающих в невидимой части оптического диапазона. Простейший однокамерный ЭОП показан на рис. VIII.6. Принция его действия понятен из подписи к рисунку. Усиление яркостэи (в несколько десятков раз) происходит благодаря энергии, которую фотоэлектроны набирают в электрическом поле ЭОПа. Многокамерные ЭОПы, представляющие собой последовательно соединенные однокамерные, дают усиление до 108 раз, так что можно наблюдат вспышку от одного фотоэлектрона. ЭОПы, применяющиеся для

Рис. VIII.5. Схема фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). 1 — фотокатод; 2 — фокусирующий электрод; 3 — диноды; 4 — анод.

Рис. VIII.6. Схема однокамерного электронно-оптического преобразователя (ЭОП). 1 — предмет; 2 — объектив, создающий изображение на фотокатоде 3,4 — электроды, фокусирующие поток электронов; 5 — изображение, создаваемое электронами на люминесцентном экране.

скоростной фотографии, имеют отклоняющие пластины, позволяющие перемещать изображение по экрану. Эти же пластины могут играть роль затвора. Временное разрешение таких систем достигает 10-9 с.

Наиболее простым регистратором света является болометр — термочувствительный элемент, регистрирующий интегральную (по спектру) интенсивность светового потока по тепловому эффекту. Как правило, это проводящий слой толщиной мкм с зависящим от температуры сопротивлением.

Упомянем еще полупроводниковые фотоэлементы — фотодиоды и фотосопротивления, их характеристики зависят от освещения.

Один из наиболее распространенных методов регистрации световой информации — фотографирование. Механизм образования изображения связан с определенными химическими превращениями в фотоэмульсии (точнее, в кристаллах под действием света. Хорошо известно, что простейшие фотоэмульсии, содержащие чистый совершенно нечувствительны к красному свету. Интересно, что это, по-видимому, наиболее наглядное проявление квантовых свойств света. Энергия «красного» кванта слишком мала, чтобы вызвать химическое превращение, и это не может быть скомпенсировано простым увеличением интенсивности света. Современные фотоматериалы, чувствительные ко всему видимому спектру, содержат специальные сенсибилизаторы, трансформирующие световую энергию из одного диапазона в другой, наподобие флюоресценции.

Упомянем, что фотоэмульсия чувствительна не только к свету, но и к заряженным частицам. С этим связано одно из наиболее замечательных достижений современной экспериментальной физики — фотографирование следов «элементарных» частиц и наблюдение за их превращениями (рис. VIII.7).

Рис. VIII.7. Фотография треков электрон-позитронной пары, образованной в фотоэмульсии жестким у-квантом. — точка рождения пары (первое различимое зерно изображения); направление -кванта показано стрелкой. Эмульсия Ильфорд