Раздел 3. Детекторы

3.1. Введение, общие вопросы

Детекторы излучения видимой и ИК областей спектра ши­роко применяются в устройствах формирования изображения, из­мерительной технике и оптической связи. Видимый диапазон включа­ет часть электромагнитного спектра от 0,4 до 0,75 мкм. ИК диапазон условно подразделяют на четыре области: ближнюю (0,75-3 мкм}, среднюю (3-6 мкм), дальнюю (6-15 мкм} и инфрадальнюю (15-1000 мкм)(рис.1) .

Рис. 1. Спектральный диапазон детекторов

Рис. 2. Спектральная характеристика пропускания атмосферы

Реально в условиях земной атмосферы используется лишь незна­чительная часть спектра в области атмосферных окон с максимумами пропускания вблизи 0,49; 1; 3,5; 5,5 и 10 мкм (рис.2).

В пассивных ИК системах обнаружения на расстоянии объекты фиксируются либо по их собственному излучению, либо по отраженно­му излучению ночного неба, максимум которого лежит в диапазоне 2,5-3 мкм. Максимум излучения твердых тел при 300К приходится на 9,7 мкм (рис.3). Выхлопные газы турбореактивных двигателей, ракет, двигателей внутреннего сгорания излучают в областях 2,6, 2,8 и 4,4 мкм. Горячие части турбореактивных двигателей имеют тем­пературу 900К, что соответствует максимуму излучения 3,2 мкм .

В системах активного обнаружения объект освещается искусственным излучением (например, лучом лазера), отражение которого фиксируется детектором. В качестве источников излучения в таких системах с наибольшим успехом применяются лазеры на CО₂ (10,6 мкм), АИГ: Nd (1,06 мкм), ЖИГ: Но (2,06 мкм).

Длина волны, мкм

Рис. 3. Спектральная излучательная способность абсолютно

черного тела при различных температурах

3.2. Основные критерии качества детекторов и их классификация

Основными требованиями к фотоэлектрическим характе­ристикам детекторов считаются:

- большой выходной сигнал в данном спектральном диапазоне;

- линейность выходного сигнала в широком интервале изменения интенсивности излучения;

- высокое быстродействие;

- минимальные шумы в процессе детектирования.

Ниже приведены параметры детекторов, уровнем которых опреде­ляется соответствие приборов указанным требованиям.

Спектральная чувствительность R_ (а/вт или В/вт) - величина выходного сигнала, приходящаяся на единицу мощности монохроматического излучения в данной спектральной области.

Минимальная обнаружимая мощность излучения Р_min ( вт) -мощность излучения, при которой выходной сигнал равен уровню шу­ма. Часто используется эквивалентная мощность шума NEP {вт-гц^-1/2 )

NEP = Р_min/ (f)^1/2

где f - эффективная полоса пропускания.

Обнаружительная способность D * (в см гц ^1/2 вт ^-1) соответствует выражению:

D *=√A / NEP

где A - площадь фоточувствительной поверхности.

Квантовая эффективность η (в %) - число фотоносителей (I_ф/q.),приходящихся в единицу времени на число падающих фотонов с энергией h v (Р / h v) :

η = I_ф h v/q P

Постоянная времени, r ( сек) - время, за которое выходной сиг­нал детектора достигает 63% окончательного значения.

Детектор излучения рассматривается как линейный, если выход­ной электрический сигнал пропорционален интенсивности падающего излучения и его спектральный состав остается постоянным.