Детектирование промодулированного излучения ОКГ

Для детектирования излучения ОКГ с различными видами модуляции используются и соответствующие типы детекторов. Однако основой любого детектора – для АМ-, ИМ-, ЧМ-, ФМ-колебаний – являются устройства с внутрен-ним и внешним фотоэффектами. Все они отличаются по диапазону принимаемых длин волн света.

К детектирующим свет устройствам с внутренним фотоэффектом относят:

− фоторезисторы, изменяющие свое сопротивление под действием квантов света; их постоянная времени относительно велика (τ ≈ 10^-2÷10^-7 с);

− фотодиоды (ФД) различных типов на основе р-n-перехода, в котором возникают обратные переходы при энергиях квантов больше ширины запрещен-ной зоны; в цепи с таким диодом (детектором) возникает ток и соответствующее падение напряжения U_дет на включенном последовательно резисторе R_н (рис. 11.4, а, б); быстродействие диодов отличается в зависимости от типа (р-п, р-i-п, с барьером Шоттки, лавинные) и находится в пределах τ = 10^-6÷10^-10 с;

− фототранзисторы, в которых для управления коллекторным током используется фотобаза (τ = 10^-6÷10^-7 с);

− фототиристоры, где также используется фотослой, включающий тиристор (τ ≈ 10^-5 с);

− многоэлементные распределенные фотоприемники на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС–матрицы); используются для восприятия оптического изображения с последующим его считыванием электрокоммутацией (рис. 11.5).

а) б)

Рис. 11.4. Электрическая схема фотодиодного детектора с ФД как источником тока (а) и как фотовентилем в цепи с источником тока (б)

а) б)

Рис. 11.5. ПЗС-фотоприемник в виде матрицы (а) и её вид в разрезе (б)

При более ярком свете в полупроводнике р-типа возникает больше зарядов, которые индуцируют заряды противоположного знака в электродах, коммути-руемых схемой развертки и считывания зарядов с последующей трансформацией их в изображение. На ПЗС-матрицу изображение проецируется с помощью оптической системы. Применяются ПЗС-матрицы в видеосъемочной аппаратуре и телевидении.

К детектирующим свет устройствам с внешним фотоэффектом относятся:

− фотоэлектронные умножители ФЭУ с фотокатодом, имеющие высокую чувствительность (восприятие единичных фотонов), большой коэффициент усиления (К_ус ≈10⁶) и малую постоянную времени (τ≈ 10^-8 с);

− фото-СВЧ приборы в виде фото-клистрона, фото-ЛБВ и т.д., в которых вместо горячего катода используется фотокатод, эмитирующий сгустки электро-нов пропорционально интенсивности падающего на него света, промодулирован-ного по амплитуде или импульсами. Фото-СВЧ-приборы позволяют выделять и усиливать модулирующее колебание диапазона СВЧ: фотоклистрон – в полосе резонаторов, ЛБВ – в широкой полосе частот (единицы ГГц). ЛБВ может исполь-зоваться с фокусировкой типа «О» и типа «Е».

С помощью описанных фотодетекторов детектируются световые потоки с АМ и ИМ. Для детектирования ЧМ и ФМ световых колебаний используются специальные оптические схемы, позволяющие преобразовать изменение частоты или фазы светового колебания в изменение амплитуды, которая детектируется рассмотренными ранее методами и устройствами. Схемные решения этих устройств выходят за пределы курса и поэтому в опорном конспекте лекций не рассматриваются.