Измерение чувствительности фотоприемных устройств

Чувствительность фотоприемного устройства – отношение изменения измеряемой электрической величины, вызванного падающим на фотоприемник излучением, к количественной характеристике этого излучения в заданных эксплуатационных условиях. Чувствительность, которую называют иногда коэффициентом преобразования, характеризует, таким образом, свойство фотоприемника вырабатывать электрический сигнал определенной величины под действием падающего на него потока излучения. Необходимо отметить, что при нелинейной зависимости сигнала от падающего потока для полного описания фотоприемника нужно знать всю эту зависимость.

При нелинейности существенно отличаются друг от друга оптическая чувствительность, то есть чувствительность, определяемая отношением постоянных значений измеряемых величин и дифференциальная чувствительность, то есть чувствительность, определяемая отношением малых приращений измеряемых величин (при модулированном сигнале). Однако для большинства практических применений достаточно характеризовать способность фотоприемника преобразовывать оптический сигнал в электрический параметр S, не приводя всей зависимости сигнала

ФЭПП от падающего потока. При этом необходимо, конечно, оговаривать условия определения S (уровень сигнала, наличие или отсутствие модуляции).

Чаще всего выходной сигнал фотоприемника определяется эффективным значением напряжения U или тока I. В этих случаях используют понятие вольтовой S_U или токовой S_I чувствительности.

В зависимости от спектрального состава регистрируемого излучения выделяют интегральную и монохроматическую чувствительность. Интегральная чувствительность S_инт – чувствительность фотоприемника к немонохроматическому излучению

заданного спектрального состава. Монохроматическая чувствительность S_λ – чувствительность фотоприемника к монохроматическому излучению. Важнейшей характеристикой фотоприемника является спектральная характеристика чувствительности – зависимость монохроматической чувствительности от длины волны регистрируемого излучения. Различают абсолютную спектральную характеристику чувствительности S_{λ абс}, выраженную в абсолютных единицах (например, в А/Вт или В/Вт) и относительную спектральную характеристику чувствительности S_{λ отн}

λ_{λ отн}=S_{λ абс}/S_{λ абс макс} , (12.3.1)

где S_{λ абс макс} – максимальная монохроматическая чувствительность фотоприемника.

Определение спектральной характеристики чувствительности фотоприемника одна из наиболее трудоемких измерительных процессов, требующая сложной контрольно-измерительной аппаратуры и квалифицированных измерителей. В общем виде определение спектральной чувствительности – это последовательное измерение на разных длинах волн реакции фотоприемника на монохроматическое излучение известной мощности

S_{λ i} =U_{λ i} /P_{λ i} , (12.3.2)

где S_{λ i} – монохроматическая чувствительность на i – ой длине волны;

U_{λ i} – сигнал исследуемого фотоприемника;

P_li – мощность монохроматического потока, падающего на фоточувствительный элемент фотоприёмника.

Поэтому измерительная установка для этой цели должна включать в себя: источник излучения, соответствующий области чувствительности исследуемого фотоприёмника; модулятор, прерывающий поток с оптимальной для фотоприёмника чистотой; монохроматор, позволяющий выделить требуемый по ширине участок спектра источника; испытуемый приёмник и схему регистрации его сигнала; образцовый приёмник, позволяющий измерить мощность излучения на выходе монохроматора на каждой длине волны, также с соответствующей схемой регистрации сигнала; и, наконец, оптические и механические узлы фаз фокусировки потоков излучения на вход монохроматора и на чувствительный элемент фотоприёмника и фаз поочерёдного направления излучения на образцовый и исследуемый приёмник.