5. ФОТОПРИЕМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ВИДЫ ФОТОПРИЕМНИКОВ(ФОТОСОПРОТИВЛЕНИЕ, ФОТОДИОД, ФЭУ).
Приемники ОИ подразделяют на фотоэлектрические (квантовые) н тепловые. Применяются в основном фотоэлектрические приемники (электровакуумные и полупроводниковые фотоэлементы и фотоэлектронные умножители).
Фотоэлектрические электровакуумные и полупроводниковые приемники излучения — приборы в которых под действием поглощенного оптического излучения генерируется электрический ток (фототок) или ЭДС (фото-ЭДС). Их действие основывается на фотоэлектронной эмиссии в вакуум (электровакуумные элемент, фотоэлектронный умножитель),или на внутреннем фотоэффекте (полупроводниковые фотоэлементы, фотодиоды и фототранзисторы).
Фотодиод - полупроводниковый фотоэлемент, используемый преимущественно в диодном режиме(с внешним источником питания).
Фоторезисторы - фотоприемники, действие которых основанно на эффекте фотопроводимости.
ФЭУ(фотоэлектронный умножитель)- электровакуумный прибор, в котором ток фотоэлектронной эмисси фотокатода усиливается умножительной (динодной) системой посредством вторичной электронной эмиссии.
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ. СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОПРИЕМНИКОВ.
Чувствительность приемника определяется отношением величины, характеризующей его реакцию(ток, напряжение) к величине, вызывающей эту реакцию (поток излучения, световой поток).
Спктральная характеристика - зависимость чувствительности от длины волны.
а - приемники с внутренним фотоэффектом. (1 — кремниевый фотодиод, 2 — германиевый фотодиод,3 —селеновый фотоэлемент; 4 — сернисто-серебряный фотоэлемент); б — элехтровакуумные фотоэлементы и фотоэлектронные умножители с различными фотокатодами и материалами входных окон(1 — теллуристорубидиевый с окном из фтористого магния, 2 — сурьмяно-цезиевый— кварц, 3 — кислородно-серебряно-цезиевый-стекло; 4 — мультищелочный—стекло; 5 —арсенид-галлиевый-стекло).
ГЛАЗ КАК ФОТОПРИЕМНИК.
Световые характеристики излучения являются одной из разновидностей эффективных характеристик, когда приемником энергии оптического излучения является глаз человека, в котором происходит трехкратное преобразование энергии:
Энергия излучения, поглощенная светочувствительным веществом глаза, преобразуется в химическую энергию распада молекул светочувствительного вещества.
Химической энергии распада молекул преобразуется в электрическую энергию импульсов тока, возникающих в волокнах зрительного нерва, связывающих глаз с корой головного мозга человека.
Г-преобразование энергии движения электронов в энергию биологических процессов зрительного ощущения.
Поток излучения, падающий на поверхность глаза, проходит через прозрачную твердую роговую оболочку 1, расположенную перед зрачком (рис. 1-18). Роговая оболочка, обладая высоким показателем преломления (п=1,37) и сравнительно малым радиусом кривизны имеет большую оптическую силу, равную примерно 33 диоптриям. После преломления в роговой оболочке лучи попадают через зрачок 2 на хрусталик, 3, представляющий собой эластичное прозрачное тело чечвицеобразной формы со средним показателем преломления n=1,4. Оптическая сила хрусталика меняется в пределах 19—33 диоптрий в зависимости от изменения формы наружных поверхностей хрусталика (в особенности передней) и его ядра. Преломленные лучи, попавшие внутрь глаза после отражения от наблюдаемого предмета, создают на сетчатой оболочке 4 глаза уменьшенное обратное изображение этого предмета. Изменение оптической силы хрусталика позволяет обеспечить четкое изображение этого предмета, расположенного на любом расстоянии его от глаза наблюдателя, но не ближе 10-15 см для нормального глаза человека. Процесс приспособления глаза к четкому различению разноудаленных предметов (процесс фокусировки оптической системы глаза) носит название аккомодации.
Сетчатая оболочка толщиной 0,2 мм образована из трех слоев различно специализированных клеток зрительного нерва — нейронов, каждый из которых заканчивается одним или несколькими светочувствительными элементами, называемыми палочками или колбочками в зависимости от их формы. В сетчатой оболочке каждого глаза имеется около 130 млн. палочек и более 7 млн. колбочек.
В палочках обнаружено вещество, имеющее пурпурный цвет. Молекулы этого вещества, называемого родопсином (зрительным пурпуром), при поглощении света диссоциируют на протеин и ретинен. Фотохимическая реакция распада молекул родопсина является обратимой. Колбочки сетчатой оболочки светочувствительное вещество, названное иодопсином. Это вещество вступает в обратимую фотохимическую реакцию фотодиссоциации при поглощении света.. Максимум спектральной чувствительности родопсина соответствует длине волны л=0.512 мкм., а иодопсина л=0,555 мкм. Вследствие значительно большей чувствительности родопсина палочки работают при низких уровнях возбуждения глаза, в то время как колбочки, обладающие меньшей чувствительностью, работают при высоких уровнях возбуждения глаза.
Различие структуры палочек и колбочек, а также неодинаковое расположение их на сетчатой оболочке вызывают различие функций их деятельности. Колбочки обладают способностью различать цвета и мелкие детали внешних предметов, палочкам не свойственно различение цветов, но они способны реагировать на очень малые плотности облучения.
В результате поглощения фотонов молекулы нодопсина в колбочках и родопсина в палочках диссоциируют на ионы. Отрицательные ионы продуктов распада молекул светочувствительного вещества, вызывают возникновение импульсов тока вдоль волокна зрительного нерва, которые достигая клеток затылочной доли коры головного мозга, вызывают возникновение светового (зрительного) ощущения. С увеличением частоты импульсов тока, распространяющегося по нервному волокну, растет уровень светового ощущения..
