Метрология: средства и способы измерения (теория и практика)

Приемники фотонной группы

Приемники фотонной группы (часто в литературе их называют и фотонными, и фотоэмиссионными, и фотоэлектрическими приемниками) реализуют принцип однократного преобразования энергии или мощности оптического излучения воспринимающим ее фоточувствительным (корневое слово не фотография, а фотон!) слоем чувствительного элемента приемника в функционально связанное с ним изменение активной (фотоЭДС или фототек) или пассивной (электрическое сопротивление) величины. Наибольшее распространение в качестве датчиков оптических величин получили фотодиоды, фоторезисторы и фотоэлектронные умножители (о них речь пойдет далее).

Прежде чем начать знакомиться с тепловыми и фотонными приемниками излучения как основными составными частями ИГ, уделим внимание их некоторым общим и вместе с тем отличительным классификационным свойствам и техническим характеристикам. Начнем с таких двух понятий, как избирательность (или селективность) и инерционность. Первое из них характеризует восприимчивость приемника излучения к спектральному составу последнего, а второе говорит нам о быстродействии датчика при восприятии изменяющихся во времени лучистых потоков.

Для многих измерительных задач важно различие между селективными и неселективными оптико-электрическими датчиками в составе ИГ. Что же означает это понятие? Дело в том, что в зависимости от физического принципа восприятия лучистого (или светового) потока приемником излучения и последующего преобразования в электрическую величину выходной сигнал явдяется той или иной функцией длины волны излучения. Эта функция, обозначаемая как 5(Х), называется спектральной чувствительностью оптико-электрического измерительного преобразователя, хотя правильнее было бы ее считать спектральной характеристикой чувствительности. Избирательность приемника как раз и характеризуется этой зависимостью я(Л). Если она плоская, т.е. функция х(Х) строго параллельна оси абсцисс, по которой отложены длины волн Л, то данный приемник излучения идеально неселективен (неизбирателен). Таких приемников (а следовательно, и датчиков) в природе не существует.

Однако практически неселективные датчики реализованы на основе тепловых приемников излучения специальной конструкции. Формирование требуемой спектральной чувствительности достигается обычно путем оснащения ИГ оптическим фильтром, располагаемым перед приемником излучения (чаще всего фотонным) и «вырезающим» из спектра входного излучения требуемую спектральную полосу, согласуемую со спектральной чувствительностью расположенного за фильтром оптико-электрического датчика, либо использованием специальных конструктивных приемов при проектировании теплового датчика, «выравнивающих» его спектральную характеристику. Следовательно, в этом случае речь идет о спектральной чувствительности ИГ в целом.