🗊Презентация Приёмники оптического излучения

ПРИЁМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

П. п. представляет собой тонкую пластину пироэлектрика (например, триглицинсульфита, титаната бария, титаната свинца и др.) с электродами, нанесёнными на поверхности, перпендикулярные полярной оси пироэлектрика. П. п. представляет собой тонкую пластину пироэлектрика (например, триглицинсульфита, титаната бария, титаната свинца и др.) с электродами, нанесёнными на поверхности, перпендикулярные полярной оси пироэлектрика. Электрод, обращенный к источнику излучения, покрывают слоем поглотителя. Оптические свойства поглощающего покрытия определяют область спектральной чувствительности П. п.: она лежит в диапазоне длин волн от десятых долей мкм до нескольких мм. Предельная чувствительность П. п. постоянна в достаточно широком диапазоне частот, что позволяет применять его при частотах модуляции излучения до десятков Мгц (др. тепловые приёмники могут применяться при частотах модуляции до десятков гц).

Фотонные приемники излучения Внутренний фотоэффект требует меньшей затраты энергии фотонов, чем внешний. Это определяет более длинноволновую спектральную область чувствительности полупроводниковых приемников. Чистые полупроводники чувствительны в области спектра от видимой до длин волн 7-8 мкм, полупроводники с примесями – и в более далекой ИК области. В фотоэлектрических полупроводниковых приемниках в основном используют два вида внутреннего фотоэффекта – эффект фотопроводимости и фотовольтаический эффект, т.е. эффект возникновения ЭДС или тока в цепи. Соответственно приемники делятся на фоторезисторы и фотовольтаические приемники.

Фоторезисторы Фоторезисторы представляют собой пластинки из полу проводящего ма­териала, которые включают в цепь постоянного или переменного тока после­довательно с сопротивлением нагрузки (измерительным прибором). Напря­жение питания составляет от единиц до сотен вольт. Без освещения в цепи течет слабый темновой ток; при освещении ток возрастает за счет появления фотоэлектронов. В объеме полупроводника происходит создание фотоэлек­тронами новых носителей заряда путем ударной ионизации, поэтому кванто­вый выход такого фотоприемника может быть значительно больше единицы. Величина усиления фототока зависит от приложенного напряжения, геомет­рии фоторезистора и свойств его материала.

Фотодиоды Структура, состоящая из полупроводников р- и n-типов с промежуточ­ным переходным слоем (р-n-переходом), может преобразовывать световую энергию в электрическую и наоборот. Первый случай соответствует прием­никам оптического излучения. Второй случай — преобразование электриче­ской энергии в световую — осуществляется в светодиодах и полупроводни­ковых лазерах

При попадании на р-n-переход фотонов, энергия которых достаточна для внутреннего фотоэффекта, происходит поглощение света с образованием па­ры электрон — дырка. Под действием электрического поля UБ электрон перемещается в n-область, а дырка в p-область. На контактах, подведенных к р- и n-областям, возникает вентильная фото-ЭДС ΔU. Отклик фотоприемника с р-n-переходом можно регистрировать двумя способами (рис. 5.16): в фотодиодном режиме, когда во внешней цепи имеет­ся источник тока, и в фотовентильном, когда фотоприемник непосредственно подсоединен к измерительному прибору и измеряется его собственная фото-ЭДС, или фототок.

Фотодиоды с внутренним усилением фототока носят название лавинных фотодиодов (ЛФД). Они работают при обратном напряжении, близком к на­пряжению пробоя Uпроб(рис. 5.17). При освещении ЛФД происходит лавино­образное нарастание числа носителей заряда, размножающихся путем удар­ной ионизации. Усиление фототока в ЛФД может достигать 10-2-106. Наряду с этим они сохраняют быстродействие, свойственное обычным фотодиодам. Фотодиоды с внутренним усилением фототока носят название лавинных фотодиодов (ЛФД). Они работают при обратном напряжении, близком к на­пряжению пробоя Uпроб(рис. 5.17). При освещении ЛФД происходит лавино­образное нарастание числа носителей заряда, размножающихся путем удар­ной ионизации. Усиление фототока в ЛФД может достигать 10-2-106. Наряду с этим они сохраняют быстродействие, свойственное обычным фотодиодам. Более сложные структуры с внутренним усилением сигнала называются фототранзисторами. Наряду с ростом чувствительности у транзисто­ров наблюдается увеличение инерционности, поэтому произведение ширины полосы на коэффициент усиления остается таким же, как у диодов. Фототран­зисторы характеризуются также большим шумом, худшей стабильностью и меньшим диапазоном линейности отклика, чем фотодиоды.

Светодиоды являются источниками излучения ("твердотельными лампами"). К р-n-переходу светодиода приложено напряжение не в запорном, как в случае фотодиодов, а в прямом направлении. При этом через светодиод течет ток. Дырки переходят (инжектируются) в Светодиоды являются источниками излучения ("твердотельными лампами"). К р-n-переходу светодиода приложено напряжение не в запорном, как в случае фотодиодов, а в прямом направлении. При этом через светодиод течет ток. Дырки переходят (инжектируются) в n-область, а электроны — в р-область, образуя избыточную концентрацию носителей тока. И в той и в дру­гой областях происходит рекомбинация электронно-дырочных пар с отдачей энергии либо в виде тепла, либо в виде излучения фотонов. Если вероятность излучательной рекомбинации велика, наблюдается излучение света с энерги­ей фотонов, примерно равной ширине запрещенной зоны полупроводника. При очень высокой плотности тока (порядка сотен А/см:) в светодиоде образуется высокая концентрация пар и возникают условия, благоприятные для вынужденного рекомбинационного излучения (лазерной генерации).