Характеристики приемников излучения

Характеристика — зависимость, определяющая изменение какого-либо параметра приемника при изменении внешнего воздействия на него.

Спектральные характеристики. Вследствие избирательности поглощения энергии излучения большинством ПИ их чувствительность к монохроматическому излучению меняется с изменением длины волны падающего потока. Эту чувствительность называют спектральной, а зависимость ее от длины волны падающего на приемник монохроматического потока излучения — спектральной характеристикой чувствительности (рис. 6.1).

Вольтовые характеристики. Вольтовые характеристики выражают зависимости чувствительности, тока и напряжения шума, удельной обнаружительной способности и других параметров от напряжения, приложенного к приемнику. Вольтовая характеристика чувствительности s(U) определяется при фиксированном потоке излучения, падающего на ПИ.

Рис. 6.1. Спектральные характеристики некоторых ПИ:

1 — сернисто-кадмиевый фоторезистор CdS; 2 — кремниевый фотодиод; 3 — германиевый фотодиод; 4 — неохлаждаемый фоторезистор PbS₂₉₅; 5 — охлаждаемый фоторезистор PbS₇₈; 6 — охлаждаемый фоторезистор InSb₇₈; 7 — глубокоохлаждаемый (T=30 K) фоторезистор Ge; 8 — охлаждаемый фотоприемник (фоторезистор, фотодиод) Hg_1-xCd_xTe при x=0,95 и температуре охлаждения T=70 K; 9 — то же, при x=0,1 и температуре охлаждения T=83 K; 10 — охлаждаемый фоторезистор Ge:Au₇₈.

Зависимости параметров от мощности излучения . К ним относятся:

- - люкс-омическая характеристика фоторезистора (зависимость светового сопротивлении фоторезистора от освещенности);

- - энергетические характеристики (зависимости силы тока или напряжения сигнала от потока излучения, падающего на ПИ);

- - световая характеристика фотоумножителя (зависимость анодного тока фотоумножителя от значения потока) и ряд других.

Зная энергетические характеристики ПИ, можно легко определить его интегральную (вольтовую, токовую) чувствительность, которая является крутизной зависимости U=f(F) или I=f(F).

Селективные ПИ при увеличении потока, падающего на них, ведут себя подобно глазу — их чувствительность падает. Поскольку для большинства таких приемников энергетические характеристики нелинейные, т.е. крутизна в различных точках неодинакова, чувствительность ПИ необходимо определять при заданной освещенности (облученности) его приемной площадки, а также при заданном спектральном составе излучения. При других освещенностях значение чувствительности может быть иным, поэтому при изменениях потока, падающего на ПИ, следует учитывать изменение чувствительности, пользуясь энергетической характеристикой.

Частотная характеристика чувствительности ПИ - зависимость чувствительности ПИ от частоты модуляции падающего на него потока излучения. Эта характеристика связана с постоянной времени приемника t. Максимально допустимая (граничная) частота модуляции f_гр зависит именно от значения t.

Граничную частоту модуляции определяют по-разному, в зависимости от допуска на падение чувствительности s. Так, при s(f_гр)=0,16s(0) частота f_гр = 1/t, а при s (f_гр) =0,71s(0) f_гр=1/(2pt). Часто принимают f_гр=1/(3t).

Частотная характеристика удельной обнаружительной способности - зависимость D^* от частоты модуляции потока излучения. Иногда к частотным характеристикам относят спектральные плотности тока или напряжения шума ПИ — распределения плотности j_ш дисперсии тока или напряжения шума приемника по частотам. Эти зависимости называют также спектром мощности шума.Типичная зависимость такого рода для полупроводниковых ПИ приведена на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Типичный спектр мощности шума ПИ

В области «избыточного» шума, обусловленного главным образом контактными явлениями и флуктуациями скорости рекомбинации носителей (на частотах 0...f₁), спектр шума подчиняется закону 1/f^x, причем x»1. Обычно граница этой области f₁ не превышает 1000 Гц.

В области частот f₁...f₂, где практически имеет место равномерное распределение, основным является генерационно-рекомбинационный шум, а в области выше f₂ (десятки и более килогерц) — тепловой.

Зная подобные характеристики для конкретных приемников, можно выбрать частоту модуляции сигнала и полосу пропускания системы так, чтобы по возможности уменьшить влияние собственных шумов ПИ на чувствительность прибора. С точки зрения уменьшения дисперсии шума в заданной полосе Df целесообразно увеличивать рабочую частоту модуляции f₀ и уменьшать полосу пропускания Df системы.

Температурные характеристики . Это — зависимости, определяющие изменение различных параметров ПИ, например, тока и напряжения шума, сопротивления и чувствительности, при изменении температуры его чувствительного слоя.

Фоновые характеристики. Это — зависимости параметров (сопротивления, чувствительности, тока и напряжения шумов, удельной обнаружительной способности) от немодулированного потока излучения фона.

Временные и пространственные характеристики . К ним обычно относят:

- - переходные характеристики, описывающие изменение сигнала на выходе ПИ при внезапном облучении или затемнении его чувствительного слоя;

- - зонную характеристику — распределение чувствительности по площадке приемника;

- - угловую характеристику чувствительности — ее зависимость от угла падения лучей на чувствительный слой ПИ, а для координатных ПИ — координатную характеристику,определяющую зависимость сигнала на выходе ПИ от координаты изображения (пятна) на чувствительном слое, и временной дрейф нулевой точки координатного ПИ — смещение нулевой точки координатной характеристики при постоянной температуре в течение заданного интервала времени.

К временным характеристикам можно отнести также зависимости изменения параметров приемника во времени, характеризующие их стабильность.