Физические эффекты оптико-электрического преобразования. Фотоприемники

Основой фотонного принципа преобразования интенсивности оптического излучения является поглощение приемной поверхностью датчика фотона, сопровождаемое электрически регистрируемым переходом носителей заряда на более высокие энергетические уровни. Этот процесс происходит в приемнике оптического излучения и называется фотоэффектом, а такие приемники излучения именуются фотоприемниками.

Фотоприемники делятся на две основные подгруппы: с внешним и с внутренним фотоэффектом. Выходной электрический сигнал таких фотоприемников зависит не от мощности падающего излучения, а от количества квантов излучения и энергии каждого кванта.

К фотонным фотоприемникам, основанным на внешнем фотоэффекте, относятся фотоэмиссионные приборы – фотоэлементы, фотоэлектронные умножители (ФЭУ), электронно-оптические преобразователи, телевизионные трубки.

К фотонным фотоприемникам, основанным на внутреннем фотоэффекте, относятся фотоэлектрические полупроводниковые приемники или приемники с р-п -переходами. Здесь будут рассматриваться два типа фотоприемников – фоторезисторы и фотодиоды.

Однако наибольшее распространение в качестве датчиков фотонной группы получили фоторезисторы и фотодиоды. Наипростейшим и самым недорогим типом фотоприемника на основе внутреннего фотоэффекта считается фоторезистор.

Фоторезистор состоит из тонкой пленки толщиной 50-100 мкм из сульфида кадмия (CdS), сульфида свинца (PbS) или селенида свинца (PbSe), расположенной между двумя электродами. При падении на фоторезистор оптического излучения его сопротивление резко падает (до десятков Ом при ярком солнечном освещении). Разность потенциалов между двумя электродами порождает электрический ток, усиливаемый простейшей, как правило, стандартной электронной схемой. Таким образом, фоторезистор относится к параметрическим датчикам.

Фотодиоды обладают очень низким уровнем шума. Это означает сверхмалый порог чувствительности, что позволяет преобразовывать оптические сигналы с плотностью потока порядка пиковатт на квадратный миллиметр.