5 Фотоэлектронные приборы

Фотоэлектронные приборы – приемники оптического излучения. Они предназначены для обнаружения и измерения электромагнитного излучения оптического диапазона и непосредственного преобразования его в электромагнитную энергию.

Электромагнитное излучение оптического диапазона рассматривается как волновой процесс или как поток элементарных частиц, называемых фотонами.

Энергия фотона монохроматического излучения с длиной волны  определяется формулой:

где W – энергия фотона;

h – постоянная Планка;

 – частота излучения;

c – скорость света;

 – длина волны.

В основе действия большого класса приемников излучения лежит фотоэлектрический эффект – процесс полного или частичного освобождения заряженных частиц в веществе в результате поглощения фотонов.

Фотоэлектронная эмиссия используется в вакуумных и газонаполненных фотоэлементах, фотоэлектронных умножителях, передающих телевизионных трубках, электронно-оптических преобразователях. Эти приемники под воздействием падающего света и приложенного к электродам напряжения пропускают фототок только в одном направлении.

Источником фотоэлектронов в любом фотоэлектронном приборе служит фотокатод – это тонкая пленка полупроводникового материала. Толщина этой пленки для массивных фотокатодов обычно не превышает нескольких микрон, а для полупрозрачных фотокатодов она составляет примерно 2540 нм. Массивные фотокатоды облучаются со стороны вакуума. Облучаемая и эмиттирующая стороны у них совпадают, фотокатоды работают на отражение. Полупрозрачные фотокатоды облучаются со стороны подложки, на которую наносится фотокатод. Фотокатоды работают на просвет.

По спектральным характеристикам современные типы фотокатодов можно подразделить на три группы: фотокатоды, чувствительные в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях излучения.

5.1 Ток фотоэмиссии

На фотокатод подает квант света . При освещении фотокатода он начинает эмиттировать электроны, и в анодной цепи возникает ток, величина которого пропорциональна интенсивности светового потока :

где – интегральная чувствительность.

(мкА/лм).

Интегральная чувствительность показывает величину анодного тока в микроамперах, вызываемого световым потоком в один люмен, полученным от источника света определенного типа. Интегральная чувствительность достигает мкА/лм.

Важным параметром фотокатода является его спектральная чувствительность , которая характеризует величину фотоэлектронной эмиссии, возникающей под действием светового потокаопределенной длины волны:

Сурьмяно-цезиевый

Кислородно-

цезиевый



Рис. 5.1 – Спектральные характеристики

фотокатодов

Зависимость спектральной чувствительности от длины волны падающего света называется спектральной характеристикой фотокатода.

Видно, что катоды сильно отличаются по спектральной чувствительности (рис. 5.1).

На рис. 5.2 представлены анодные характеристики электронного фотоэлемента при разных потоках света.

Рис. 5.2 – Анодные характеристики

Зависимость тока фотоэлемента от величины светового потока приназывается световой характеристикой. Эта характеристика линейна.