Приёмники света

Определение "Приёмники света" в Большой Советской Энциклопедии

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 Приёмники света энергия излучения оптического диапазона преобразуется в др. виды энергии. Важными параметрами, характеризующими свойства и возможности различных типов Приёмники света, являются: пороговая чувствительность - минимальный поток излучения, который может быть обнаружен на фоне собственных шумов Приёмники света; коэффициент преобразования (относительная чувствительность), который связывает падающий на Приёмники света поток излучения с величиной сигнала на выходе Приёмники света; постоянная времени - время, за которое сигнал на выходе Приёмники света нарастает до определённого уровня (этот параметр служит мерой способности Приёмники света регистрировать оптические сигналы минимальной длительности); спектральная характеристика - зависимость чувствительности Приёмники света от длины волны излучения. Приёмники света, у которых чувствительность слабо зависит от длины волны в широком диапазоне длин волн, называются неселективными, в отличие от селективных Приёмники света, имеющих на спектральной характеристике четко выраженные максимумы и (или) минимумы.

Приёмники света подразделяют на тепловые, фотоэлектрические, механические и химические. К тепловым Приёмники света относятся термоэлементы, металлические и полупроводниковые болометры, молекулярные радиометры, оптико-акустические Приёмники света 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) Приёмники света регистрируется увеличение объёма газа, нагреваемого поглощённым излучением. К тепловым Приёмники света, применяемым в инфракрасном (ИК) диапазоне, относятся и жидкие кристаллы, которые при нагреве излучением изменяют цвет. Тепловые Приёмники света, 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 Приёмники света ~10^-10-10^-11 вт, а постоянная времени в большинстве случаев составляет 10^-1 -10^-3 сек.

  Фотоэлектрические Приёмники света разделяют на Приёмники света с внешним и внутренним фотоэффектом. Фотоэлектрические Приёмники света включают фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, фотосопротивления (см. Фоторезистор), фотодиоды, электроннооптические преобразователи, Приёмники света с фотоэлектромагнитным эффектом, квантовые усилители оптического диапазона. Эти Приёмники света селективны, и их реакция зависит от величин энергий отдельных поглощённых фотонов. Спектральная чувствительность Приёмники света с внешним фотоэффектом имеет характерную длинноволновую («красную») границу в области 0,6-1,2 мкм, определяемую природой вещества Приёмники света (см. Работа выхода). Пороговая чувствительность Приёмники света 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 Приёмники света с фотоэлектромагнитным эффектом относительно Приёмники света 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 Приёмники света, 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. Приёмники света этого типа обладают высоким временным разрешением (постоянная времени ~ 10^-11-10^-10 сек); они не требуют принудительного охлаждения и использования источников питания.

Механические (пондеромоторные) Приёмники света 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 Приёмники света относятся все виды фотослоёв, используемые в современной фотографии. В отличие от тепловых и фотоэлектрических Приёмники света, фотослой суммирует фотохимическое действие излучения. При этом по оптической плотности почернения слоя прямо измеряется энергия излучения.

К Приёмники света 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 Приёмники света 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. с англ., М., 1969.
  Л. Н. Капорский.