Приемники света

Приёмники света, устройства, изменение состояния которых (реакция) под действием потока оптического излучения служит для обнаружения этого излучения, его измерения, а также для фиксации и анализа оптических изображений излучающих объектов; наиболее обширный класс приёмников излучения. В П. с. энергия излучения оптического диапазона преобразуется в др. виды энергии. Важными параметрами, характеризующими свойства и возможности различных типов П. с., являются: пороговая чувствительность — минимальный поток излучения, который может быть обнаружен на фоне собственных шумов П. с.; коэффициент преобразования (относительная чувствительность), который связывает падающий на П. с. поток излучения с величиной сигнала на выходе П. с.; постоянная времени — время, за которое сигнал на выходе П. с. нарастает до определённого уровня (этот параметр служит мерой способности П. с. регистрировать оптические сигналы минимальной длительности); спектральная характеристика — зависимость чувствительности П. с. от длины волны излучения. П. с., у которых чувствительность слабо зависит от длины волны в широком диапазоне длин волн, называются неселективными, в отличие от селективных П. с., имеющих на спектральной характеристике четко выраженные максимумы и (или) минимумы.

  П. с. подразделяют на тепловые, фотоэлектрические, механические и химические. К тепловым П. с. относятся термоэлементы, металлические и полупроводниковые болометры, молекулярные радиометры, оптико-акустические П. с. Из них наиболее распространены термоэлементы и вакуумные болометры. Изменение температуры поглощающей свет поверхности термоэлемента приводит к появлению в нём термо-эдс. Повышенной чувствительностью обладают последовательные соединения нескольких термоэлементов, называемых термостолбиками. В оптико-акустических (пневматических) П. с. регистрируется увеличение объёма газа, нагреваемого поглощённым излучением. К тепловым П. с., применяемым в инфракрасном (ИК) диапазоне, относятся и жидкие кристаллы, которые при нагреве излучением изменяют цвет. Тепловые П. с., как правило, неселективны и пригодны для измерений лучистой энергии в широкой области спектра (200 нм — 20 мкм; иногда до 1000 мкм). Пороговая чувствительность лучших тепловых П. с. ~10^-10—10^-11 вт, а постоянная времени в большинстве случаев составляет 10^-1 —10^-3 сек.

  Фотоэлектрические П. с. разделяют на П. с. с внешним и внутренним фотоэффектом. Фотоэлектрические П. с. включают фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, фотосопротивления (см. Фоторезистор), фотодиоды, электроннооптические преобразователи, П. с. с фотоэлектромагнитным эффектом, квантовые усилители оптического диапазона. Эти П. с. селективны, и их реакция зависит от величин энергий отдельных поглощённых фотонов. Спектральная чувствительность П. с. с внешним фотоэффектом имеет характерную длинноволновую («красную») границу в области 0,6—1,2 мкм, определяемую природой вещества П. с. (см. Работа выхода). Пороговая чувствительность П. с. с внешним фотоэффектом может быть доведена до 10^-12—10^-15 вт при постоянной времени менее 10^-9 сек (для электроннооптических преобразователей до 10^-12 сек). Чувствительность т. н. счётчиков фотонов ещё выше — до 10^-17 вт/сек. Преимуществом фотосопротивлений, фотодиодов и П. с. с фотоэлектромагнитным эффектом относительно П. с. с внешним фотоэффектом является их работоспособность в далёкой И К области спектра (10—30 мкм). Предельная чувствительность фотосопротивлений (в полосе частот шириной 1 гц) составляет 10^-10—10^-12 вт при постоянной времени 10^-5—10^-7 сек. Для регистрации сверхкоротких импульсов лазерного излучения ИК диапазона в СССР разработан новый вид П. с., в которых используется эффект увлечения свободных электронов в полупроводниках фотонами. При поглощении света электронами вместе с энергией падающей световой волны поглощается и её импульс (количество движения). Перераспределение импульса между кристаллической решёткой полупроводника и свободными электронами приводит к появлению упорядоченного движения (увлечения) электронов относительно решётки и регистрируется в виде тока или эдс(электродвижущая сила). П. с. этого типа обладают высоким временным разрешением (постоянная времени ~ 10^-11—10^-10 сек); они не требуют принудительного охлаждения и использования источников питания.

  Механические (пондеромоторные) П. с. обычно выполняются в виде крутильных весов и реагируют на давление света. Они применяются сравнительно нечасто, т.к. очень чувствительны к вибрациям и различным тепловым процессам.

  К фотохимическим П. с. относятся все виды фотослоёв, используемые в современной фотографии. В отличие от тепловых и фотоэлектрических П. с., фотослой суммирует фотохимическое действие излучения. При этом по оптической плотности почернения слоя прямо измеряется энергия излучения.

  К П. с. могут быть отнесены и глаза живых существ. Область спектра, в которой чувствителен глаз человека (0,4—0,8 мкм), называется видимой областью. Человеческий глаз — селективный П. с. с максимальной чувствительностью около 555 нм. Адаптированный в темноте глаз человека (см. Адаптация физиологическая) имеет пороговую чувствительность ~ 10^-17 вт/сек, что соответствует нескольким десяткам фотонов в 1 сек. Глаза др. живых существ (млекопитающих, птиц, рыб, насекомых) отличает большое разнообразие свойств (см. Глаз, Зрения органы). В частности, глаза некоторых насекомых реагируют на поляризацию света.

  Лит.: Марков М. Н., Приёмники инфракрасного излучения, М., 1968; Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Зайдель И. Н., Куренков Г. И., Электроннооптические преобразователи, М., 1970; Шишловский А. А., Прикладная физическая оптика, М., 1961; Росс М., Лазерные приёмники, пер.(перевод) с англ.(английский), М., 1969.

  Л. Н. Капорский.