образом несколько детекторов может быть использовано для обнаружения излучения в широком диапазоне длин волн.

Проектировщику датчика необходим критерий качества, чтобы помочь ему в выборе детектора для данного диапазона длин волн*. Хорошо, если этот критерий качества относительно прост для измерений и зависит только от материала, из которого сделан детектор, а не от его размеров. Качество детектора определяют две основные характеристики: чувствительность детектора, т. е. величина его отклика, и генерируемый им внутренний шум. Первая характеристика количественно определя-

Сульфид свинца

Ртутно-кадмиевый, теллурид

Антимонид индия 1

0,4 l,t 2,5 7

Длина Еолны излучения (mxmj

Рис. 11.19. Идеализированные откли- Рис. 11.20. Относительные отклики ки теплового и фотонного детекторов кристаллических фотонных детекторов

ется предыдущим уравнением. Последняя, шум - нежелательный сигнал, генерируемый внутри детектора из-за термически возбужденных, случайно генерируемых носителей зарядов. (В литературе даны полные теории генерации шума в кристаллических фотонных детекторах [И].) Количественно внутренний шум выражается в терминах мощности, эквивалентной шуму (МЭШ) детектора, определяемой как мощность, необходимая для получения отношения сигнал/шум детектора, равного 1. Поскольку мы обычно хотим, чтобы по мере улучшения детектора критерий качества увеличивался, вводится другой символ-D, обозначающий величину, обратную МЭШ: Д= = 1/МЭШ.

Для многих детекторов величина МЭШ пропорциональна квадратному корню из площади, но, как отмечено выше, желательно, чтобы критерий качества не зависел от площади детектора. Поэтому определим способность к обнаружению, обозначенную D*, как 1)*=УЛ/МЭШ, где Л - площадь детектора.

* Аналитик данлых дистанционного зондирования должен хорошо знать чувствительность и характеристику шума применяемых детекторов, так как это может быть необходимым при выборе процедур анализа данных, которые будут хорошо работать, несмотря на присутствие шума (тема, которая часто будет повторяться в этой книге).

5* 6Г

Рис. 11.21. Чувствительность некоторых фотонных детекторов (поле зрения -2п стерадиан, температура фона 295 К). (Источник: Авиационная компания Хьюс. На-уч.-исслед. центр Сайта Барбара. Используется по разрешению)

1,0 1.5 2,02.5 3 4 5 6 78910 15 20 25 Длина аолны (мкм)

D* зависит от длины волны (Х), электрической полосы частот (BW), регистрирующей системы, подсоединенной к детектору, и частоты работы (f) объединенных с детектором систем оптической обработки и усиления электрических сигналов. Тогда способность к обнаружению в функциональной форме выглядит как D* = D* {f,X, BW). Поле зрения иногда также определяется (обычно 2я ср).

Часто способность к обнаружению представляется как функция длины волны для данной частоты работы и электрической полосы частот, как показано на рис. П.21. Детекторы сравниваются по максимуму величины £)*(jD*max) и длине волны, соответствующей этому максимуму (Ятах). Нскоторые типичные значения этих величин приведены в табл. П.З.

-Фотонные детекторы должны работать и при температурах, значительно более низких, чем действительная радиационная температура объекта, излучение которого они обнаруживают. Это необходимо для того, чтобы термически индуцируемый, цнутренне генерируемый щум детектора сделать существенно .ниже действительной радиационной температуры сигнала. В ближней и средней инфракрасных областях спектра обычно нет необходимости охлаждать детекторы до температуры ниже температуры окружающей среды, поскольку наблюдаемая радиационная температура Солнца, которое является источником отраженной энергии, преобладающей в этой части спектра, гораздо выще температуры самого детектора. Однако в дальней инфракрасной области спектра действительная радиационная температура объекта примерно равна температуре окружающей

среды и шумовой температуре детектора; поэтому детектор необходимо охлаждать до температуры значительно более низкой, чем температура окружающей среды. В качестве охладителя часто используется жидкий азот, поскольку он более доступен. Охлаждаемые жидким азотом детекторы работают приблизительно при температуре 77 К (-320°F).

До сих пор рассматривалось образование выходного электрического сигнала детектора. Теперь рассмотрим, каким образом он генерируется.

Электрическая сущность фотонных детекторов излучения проявляется двумя основными способами. Первый способ - изменение электрического сопротивления детектора при изменении длины волны и уровня излучения (фотопроводящий детектор). И второй способ- изменение выходного напряжения детектора при изменении уровня излучения и длины волны (фотоэлектрический детектор).

Чтобы обнаружить изменение сопротивления детектора, необходимо обеспечить напряжение смещения на детекторе, как показано на рис. П.22, а. Напряжение по всему детектору остается постоянным, а ток в детекторе изменяется с изменением его сопротивления. Большинство детекторов - фотопроводящие. Шум, связанный с источником напряжения смещения, ограничивает характеристики этих детекторов.

Фотоэлектрические детекторы дают выходное напряжение, пропорциональное уровню падающего излучения (рис. П.22, б).

Смещенный источник питания

Падаюа;ее излучение

Детектор

Предуси-литель

К электронному

обрабатывающему

устройству

Падающее излучение

Детектор

Предуси-литель

К электронному

обрабатывающему

устройству

Рис. 11.22. Электрические связи в фотопроводящих и фотоэлектрических детекторах:

а - схема фотопроводящего детектора: б - схема фотоэлектрического детектора