Типовые спектральные характеристики фотокатодов для ближней инфракрасной области спектра

ляя окно, через которое проходит падающее излучение. Анод выполняют в виде кольца или петли из тонкой проволоки и располагают в центре баллона или на некотором расстоянии от него. Диаметр сферического баллона лежит в пределах 27...56 мм; площадь входного окна порядка нескольких квадратных сантиметров.

Спектральная характеристика фотоэлемента зависит от материала и толщины фотокатода, а также от материала подложки и окна баллона. Типовые спектральные характеристики фотокатодов фотоэлементов для ближней инфракрасной области спектра приведены на рис. 6.8, а в табл. 6.6 дана расшифровка принятой нумерации спектральных характеристик.

Зависимость фототока от падающего светового потока при неизменном его спектральном составе называют световой характеристикой фотоэлемента. При снятии этой характеристики используют эталонный источник типа А - лампу накаливания с фольфрамовой нитью, имеющей температуру 2854 К. Для случая малых освещенпостей фотокатода световая характеристика фотоэлемента линейна (рис. 6.9, а); при больших освещенностях наблюдаются отклонения от линейности, что объясняют образованием пространственного заряда у поверхности фотокатода и снижением его чувствительности.

Световые характеристики фотоэлементов при включении в их цепь нагрузочного резистора практически не изменяются в области малых световых потоков, но имеют меньший диапазон линейности.

Анодная характеристика фотоэлемента показывает зависимость фототока от напряжения между электродами (рис. 6.9, б). Напряжение насыщения увеличивается при повышении светового потока вследствие увеличения пространственного заряда у поверхности катода.

Параметры стандартных фотоэлементов, предназначенных для работы в ближней инфракрасной области спектра, приведены в табл. 6.7. Для повышения интегральной чувствительности фотоэлементов прибегают к усилению фототока путем ионизации инертного газа, вводимого в баллон. Фотоэлектро-вы при соударении с нейтральными частицами газа вызывают их ионизацию.

Параметры стандартных фотоэлементов для ближней инфракрасной области спектра

Е результате которой к аноду перемещается нарастающее количество электронов, а в обратном направлении-поток положительных ионов; ток в цепи фотоэлемента при этом увеличивается. Из табл. 6.7 видно, что интегральная чувствительность газонаполненного фотоэлемента ЦГ-4 значительно выше, чем у вакуумных фотоэлементов, но применяют его в настоящее время редко.

Одним из параметров фотоэлементов является темновой ток - ток, протекающий в цепи при отсутствии облучения чувствительного слоя. Темновой ток складывается из тока термоэмиссии фотокатода и тока утечки между электродами. Плотность тока термоэмиссии находится в пределах lO-i ... 10-1? A/cMi наибольшее значение тока термоэмиссии наблюдается у серебряно-кислородно-цезиевых фотокатодов. Понизить его можно уменьшением площади и охлаждением фотокатода. Для уменьшения тока утечки применяют конструкцию фотоэлемента с разнесенными электродами. Темновой ток во многом определяет порог чувствительности фотоэлемента.

1,ниА

J,mkA

75 50 25

а

60 40

О Ц5 1,0 1,5 2J] Г,лн О 50 100 150 U,B Рис. 6.9. Световая (а) и анодная (б) характеристики вакуумного фотоэлемента.

1 Главными видами шумов, действующих на входе усилителя фото-©лектронного устройства, являются дробовой и тепловой. Среднее квадратическое значение напряжения шумов = кр + 11 = 2 e?gд^ --4- 2кТл1вНн)-

Сопротивление Ин входного резистора ограничивает частотный диапазон работы усилительной схемы. Максимальная частота модуляции </м)маис < imRM.

где Свх - междуэлектродная емкость фотоэлемента и емкость подводящих проводов. Сферические фотоэлементы серийного производства имеют г 40...60 пФ. Пренебрегая емкостью подводящих проводов, имеем

</Змако < 3 тКш-

Фотоэлектронные умножители (ФЭУ) отличаются от фотоэлементов тем, что, кроме фотокатода и анода, имеют дополнительные электроды (диноды), являющиеся эмиттерами вторичных электронов. Схема ФЭУ показана на рис. 6.10. Электроны, эмиттируемые фотокатодом, фокусируются электронно-оптической системой на первый динод и вызывают вторичную электронную эмиссию. Вторичные электроны направляются на второй динод; увеличенный поток электронов со второго динода-на третий динод и т. д. Между каждой парой динодов создается электрическое поле, ускоряющее электроны от предыдущего динода к последующему. Для этого используют делитель напряжения, который делит рабочее напряжение равномерно между каскадами.

Для современных ФЭУ с 12-ю каскадами умножения коэффициент усиления достигает 10?, что достаточно для измерения тока в анодной цепи, вызванного единичным электроном, эмиттированным фотокатодом.

Фотокатоды ФЭУ должны иметь максимальную чувствительность во всем спектральном диапазоне либо на фиксированных длинах волн. В табл. 6.8 приведены параметры фотокатодов ФЭУ, предназначенных для работы в ближней инфракрасной области спектра. При выборе фотокатода большое значение придают величине тока термоэмиссии, который является основным источником шумов ФЭУ и зависит от площади фотокатода и его температуры.

Фотокатоды могут работать на просвет или на отражение . В первом случае излучение фокусируется на фотокатод со стороны подложки, поэтому фотокатод должен быть полупрозрачным. Во втором случае излучение попадает со стороны вакуума и входное окно располагают на торце или на боковой стенке колбы.

Для сбора электронов с фотокатода на первый динод ФЭУ служит катодная камера, которую образуют поверхности фотокатода и первого динода, а также расположенные между ними фокусирующие электроды. Для ФЭУ с фотокатодами малых и средних размеров фокусирующая электронно-оптическая система состоит из двух электродов (рис. 6.11, а). Первый электрод цилиндрической формы образуется напылением на стенку колбы проводящего слоя - манжеты. Вторым электродом служит диафрагма с отверстием

Рис. G.IO. Принципиальная схема ФЭУ с делителем напряжения: ФК - (ротокатод; d - фокусирующий электрод; Д - диафрагма; 9i...3s - диноды; А - анод; Rr - сопротивление резистора делителя напряжения; Rb - сопротивление нагрузочного резистора в цепи анода; Са - емкость анода.