3.2.2. Фотоэлектрические приемники

Временное разрешение будет рассмотрено на примере приемника излучения, действующего на основе внешнего фотоэлектрического эффекта (рис. 3.7). Этот тип фотоприемников является наиболее быстродействующим. В диапазоне пикосекундных исследований элементарный процесс фотоионизации может с высокой точностью считаться безынерционным (время нарастания для типичных зонных структур материала катода составляет . Временное разрешение прежде всего определяется разбросом времени выхода из катода и разбросом времени пробега от катода к аноду, вызванным разбросом начальных скоростей электронов. Обусловленное электронно-оптическими явлениями минимально достижимое временное разрешение может быть снижено до . В фотоэлектрических приемниках это пока не осуществлено (но достигнуто в скоростных фоторегистраторах, Наилучшее разрешение современных фотоэлектрических приемников, обусловленное как электронно-оптическими, так и электронными эффектами, составляет примерно Разрешение фотоумножителей

в общем случае несколько хуже за счет большей длины пути пробега электронов и задержек на динодах и составляет Лишь применение специальной электронной оптики позволяет спуститься ниже Сигнал с фотоумножителя подается на осциллограф согласованным кабелем с большой шириной спектра пропускания Гц).

Рис. 3.7. Схема фотоэлектрического приемника (К — катод; А — анод; — скорость электрона внутри материала катода; — скорость вылета электрона из катода). Разброс скоростей вылета электронов из катода толщиной имеет порядок величины где — среднее значение скорости электронов внутри катода, определяемое их кинетической энергией Для типового материала катода при его возбуждении видимым светом имеет порядок Дж. С учетом этой величины при получим временной разброс с. Время пролета электрона от катода к аноду

откуда следует, что при разброс времени пролета

Это выражение показывает, что временное разрешение можно увеличить, создавая между анодом и катодом сильное ускоряющее поле. (В сложных электрооптических устройствах сильно ускоряются главным образом электроны, находящиеся в непосредственной близости от катода.) Минимальный разброс времени пробега порядка с достигается при

Для усиления сигнала применяются также широкополосные Гц) усилители. Быстродействие осциллографов в общем случае определяется не электронно-оптическими процессами, которые опять-таки допускают разрешение порядка , а электронными устройствами передачи и обработки сигнала [19].

В режиме счета фотонов, характеризующемся особенно благоприятным соотношением сигнал — шум, к настоящему времени реализовано разрешение около (см. разд. 9.1). Оно ограничено разбросом при усилении и формировании импульсов.