Обычно при измерении параметров приемников излучения поль-зуются эталонными источниками излучения, например, лампами нака-ливания с определенной температурой нити накала или черными те-лами с определенной температурой нагрева. Измеренные с помощью эталонных источников параметры характеризуют реакцию приемника на поток сложного спектрального состава и называются интегральны-ми. К ним относятся чувствительность (вольтовая или токовая) и порог чувствительности.
Реакция приемника излучения на монохроматический поток опреде-ляет соответствующие спектральные величины – спектральную чувстви-тельность и монохроматический пороговый поток. Соответствующие интегральные и спектральные параметры могут значительно отличаться друг от друга. Поэтому ни в коем случае нельзя пользоваться интеграль-ными параметрами, когда приемник работает по лазерному излучению.
Спектральные параметры приемников излучения находят либо экс-периментально, либо расчетным путем. При экспериментальном опре-делении параметров пользуются либо излучением стабильного по мощ-ности лазера, либо эталонным излучателем. В последнем случае перед приемником устанавливают узкополосный светофильтр, максимум пропускания которого совпадает с измеряемой длиной волны излуче-ния. Рассчитывая монохроматический поток, пропущенный светофиль-тром, и измеряя реакцию приемника, можно найти соответствующий спектральный параметр.
Монохроматические параметры можно определить, если известны спектральная характеристика приемника излучения, спектр излучения
эталонного источника и интегральный параметр приемника по отно-шению к этому источнику. Величину спектральной чувствительности
|
|
в максимуме чувствительности приемника, если в качестве эталонного излучателя использовалось черное тело, можно найти по формуле
| ∞ | |||||
| S λmax = ∞ | S ∫j(λ) d λ | , | (3.9) | ||
∫j(λ) S (λ) d λ
где φ(λ) – распределение спектральной плотности лучистого потока эталонного источника; S (λ) – спектральная характеристика приемника излучения; S – интегральная чувствительность приемника по отноше-нию к излучению эталонного источника.
Если в качестве эталонного источника используется лампа накали-вания, то
| 0,8 | ||||
| ∫ V (λ)j(λ) d λ | ||||
| S λmax=683 S | 0,4 | , | (3.10) | |
| ∞ | ||||
| ∫j(λ) S (λ) d λ | ||||
где 683 – световой эквивалент лучистой энергии в максимуме чувстви-тельности глаза, лм/Вт; V (λ) – относительная спектральная видность глаза.
Обратное отношение интегралов в формуле (3.9) представляет со-бой так называемый коэффициент использования приемником излуче-ния эталонного источника k, а обратное отношение интегралов в фор-муле (3.10) можно представить как k /η, где η – коэффициент использо-вания глазом излучения данного источника. Поэтому соответственно:
| S | = | S | и S | = 683η | S | . | |||
| λmax | k | λmax | |||||||
| k |
Величину S λ на любой другой длине волны можно найти как S λmax S λ,где S λ–относительная спектральная чувствительность при-емника на этой длине волны.
|
|
Монохроматический порог чувствительности находится следую-щим образом:
Φ λ Ï.max = λ k и Φ λ Ï.max = 683 F Ï k η,
где ΦλÏ .max и F Ï – интегральные пороги чувствительности соответ-ственно по отношению к излучению черного тела и лампы накалива-ния. Для определения ΦλÏ на любой длине волны излучения делят
ΦλÏ.max на S λ .
Значения коэффициентов использования обычно можно найти
в литературе. Если они неизвестны, то интегралы в формулах (3.9) и
(3.10) рассчитывают методом графического интегрирования. При этом величину j(λ) можно брать как в абсолютных, так и в относительных величинах. Кроме того, j(λ) можно заменить спектральной интенсив-ностью плотности излучения M (λ), которую также можно выразить как в абсолютных, так и в относительных величинах. Заметим, что если S была выражена в А/лм или В/лм,то S λполучится в А/Вт или В/Вт.Если пороговый поток был задан в люменах, то ФλП получится в ваттах.
Значения спектральной чувствительности и монохроматического порога чувствительности иногда выражают в квантах. Квантовой эф-фективностью q приемника излучения называется число квантов, ак-тивно поглощенных чувствительным слоем, т.е. выбивших фотоэлек-троны, к общему числу попавших на чувствительный слой квантов
| q = | N ÝÔÔ | . | (3.11) | |
| N |
Так как один квант излучения выбивает не более одного фотоэлек-трона, то N ÝÔÔ = N ÔÝ. Выбитые фотоэлектроны образуют ток на выходе приемника излучения
|
|
| I = | N ÔÝ e | , | (3.12) | |
| ∆ t | ||||
где e – заряд электрона; ∆ t – время действия лучистого потока. Число квантов в потоке монохроматического излучения равно
| N = | ΦË∆ t | = | ΦË∆ t λ | . | (3.13) | |
| h n | ||||||
| hc |
С учетом выражений (3.11)–(3.13) можно выразить квантовую эф-фективность приемника к монохроматическому лучистому потоку
| q λ= | Ihc | . | ||||||||||
| Φλ e λ | ||||||||||||
| Так как | I | = S λ,то | ||||||||||
| Φλ | ||||||||||||
| q λ= | S λ hc | . | (3.14) | |||||||||
| e λ | ||||||||||||
| Подставляя в (3.14) | значения h, с, е, получим q λ = | 1,242 S λ | , | где λ – | ||||||||
| длина волны; | S λ–измеряется в А/Вт. | λ | ||||||||||
Следует заметить, что распределение q λ по спектру не соответ-ствует спектральной характеристике приемника. Квантовая пороговая чувствительность приемника излучения выражается числом квантов в единицу времени, соответствующим пороговому потоку. Из выражения (3.13) следует, что
N λÏ= λÏλ hc ∆ t или N λÏ=5,03⋅1018ΦλÏλ∆ t.