Рис. 11.5. К расчету световой чувствительности !i,).%M,fA)„,,

и КПД глаза: Hi - площадь J S (K)ip(K)d\;

Пг - площадь J V (X) tp (X) dX о

0,8 0,6

димо взять отношение гающади Пз к площади под кривой 1» (X). Следует учесть, что на интервал спектра 300-1000 нм, приведенный на рисунке, приходится 25% полного потока излучения эталонного источника.

Интегральная чувствительность электровакуумного фотоэлектронного прибора к потоку излучения эталонного источника связана со световой чувствительностью через КПД глаза

J00 500

, = 6807j/v . Подставив значение т} = 0,0246, получим

(11.16)

Кроме спектральньгх характеристик электровакуумных фотоэлект-ронньгх приборов представляют интерес световые, вольт-амперные и частотные характеристики.

Световой характеристикой назьшается зависимость выходного тока прибора от потока при неизменном его спектральном составе и постоянном напряжении на электродах / = /(Ф).

Вольт-амперной характеристикой назьшают зависимость выходного тока от напряжения, приложенного к фотоэлектронному прибору, при неизменном падающем потоке / = /(С/).

Частотной (амплитудно-частотной) характеристикой назьшается зависимость чувствительности прибора от частоты модулящш падающего на него потока.

При отсутствии облучения чувствительного элемента прибора и поданном напряжении на его электроды в выходной цепи протекает темповой ток. В электровакуумных фотоэлектронньгх приборах темновой ток обусловлен термоэлектронной и автоэлектронной эмиссией электродов и конечным значением сопротивления между электродами (ток утечки) . При низких уровнях облученности ток от полезного сигнала может оказаться меньше темпового тока. Значение темпового тока в значительной мере определяет минимальный поток, который может быть принят фотоэлектронным прибором.

Кроме полезного жгнала на выходе фотоприемника всегда имеется хаотический сигнал со сл)чайными амплитудой и частотой - шум при-

бора. Шумы в электровакуумных фотоэлектронных приборах обусловлены дробовым эффектом, фликкер-эффектом и флуктуациями самого падающего потока.

Радиационный (фотонный) шум, вызванный флуктуациями числа фотонов, приходящих на фотоприемник, учитьшают, как правило, при наличии постоянной фоновой засветки, сзественно превышающей полезный сигнал.

Основными шумами в электровакуумных фотоэлектронных приборах, как и в электронных лампах, являются дробовой шум и фликкер-шум. Среднеквадратическое значение шумовых токов можно найти из (10.1) и (10.3), если под /д понимать анодный (выходной) ток фотоэлектронного прибора.

Пороговым потоком Фд или порогом чувствительности фотоэлектронного прибора считается такой поток излучения Феп или световой поток Фуп, который вызьшает на выходе прибора ток, равный амплитуде среднеквадратического суммарного шумового тока, т. е.

Отсюда

Фп = \ 5. (11.17)

На практике для сравнения различных фотоприемникоз пороговый поток приводят к единичной полосе частот (Д/ = 1 Гц)

ф„1 =Ф„ /VZ/.

Приведенный пороговый поток излучения измеряется в Вт • Гц~, а приведенный пороговый световой поток - лм • Гц~*/. Монохроматический пороговый поток ФеХп не зависит от источника излучения, а пороговые потоки Фп и Фуп> как и интегральная чувствительность, связаны с конкретными излучателями. Пороговые потоки электровакуумных фотоэлектронных приборов измеряются и нормируются по излучению источника типа А.

Пороговый поток фотоприемника от произвольного реального источника Феп,р с заданным спектром излучения можно определить по известному значению порогового потока от эталонного источника Феп,э с помощью формулы

которую получаем из (11.14), разделив обе части на V /щ. Контрольные вопросы и задания

1. Как связаны между собой сложный поток излучения и его спектральная плотность?

2. Что такое световой поток Какая количественная связь между световым потоком и потоком излучения?

3. Дайте определение спектральной и интегральной чувствительности.

4. С какой целью при измерении ряда параметров фотоэлектронных приборов используют эталонные источники?

5 Какой физический смысл имеют понятия: эффективный для фотоэлектронного прибора поток излучения, коэффициент использования потока излучения и КПД глаза?

6. Что такое световая чувствительность электровакуумного фотоэлектронного прибора?

7. Что такое темновой ток и какова его природа в электровакуумных фотоэлектронных приборах?

8. Какова природа шумов в электровакуумных фотоэлектронных приборах?

9. Что такое пороговый поток фотоэлектронного прибора и от чего он зависит?

Глава двенадцатая ФОТОКАТОДЫ /

12.1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОКАТОДОВ

Принцип действия электровакуумньгх фотоэлектронных приборов основан на фотоэлектронной эмиссии, основные законы которой бьши рассмотрены в § 2.4. Источником электронов в этих приборах является электрод, назьшаемый фотокатодом.

Важным параметром фотоэмиссионных материалов, иэ которььх изготовляются фотокатоды, является работа выхода электрона из твердого тела при взаимодействии с фотоном. Фотоэлектронной работой выхода (порогом фотоэффекта) hvo назьшается энергия, которую нужно сообщить электрону, находящемуся на наивысшем энергетическом уровне при Г = О К, для того, чтобы он мог выйти в вакуум. Не каждый фотон, даже обладающий энергией, большей hv, вызьшает вьшет электрона из фотокатода. Некоторые фотоны, взаимодействуя с электронами, находящимися на низких энергетических уровнях, вызовут переход электронов на более высокие уровни, но расположеш1ые ниже уровня вакуума. Вместе с тем часть оптически возбужденных электронов, обладающих в результате взаимодействия с фотонами энергией, достаточной для вьгхода, двигаясь к поверхности, теряет часть этой энергии при различных взаимодействиях в твердом теле.

Эффективность использования материала в качестве фотокатода характеризуется квантовым выходом или квантовой эффективностью Y. Квантовый выход равен отношению числа эмиттированньгх электронов п к числу квантов света - фотонов N (см. § 2.4).