Приемники инфракрасного излучения

То, что для наблюдения излучения с длиной волны близкой к красной области видимого света могут быть использованы приборы, предназначенные для видимого света, означает, что для преобразования потока фотонов в поток электронов могут быть использованы фотокатоды. Заметим, что фотокатоды не всякие, а приспособленные для работы в инфракрасной области (до длин волн немногим более 1 микрона). Однако, с увеличением длины волны фотокатоды оказываются неработоспособными и заменяются полупроводниковыми приемниками.

Дело в том, что чем больше длина волны излучения, тем меньше энергия фотона (она обратно пропорциональна длине волны). Чтобы работал фотокатод, энергии фотона должно быть достаточно для разрыва всех связей электрона с твердым телом, внутри которого он находится, и выхода его наружу.

В теории полупроводников различаются две возможности освобождения связанного электрона. В одном случае движение его делается полностью свободным, в другом - полусвободным. Полученные носители тока в первом случае называются свободными электронами, во втором - дырками.

Существует и несколько иной способ использования фотопроводников. У границы фотопроводника создается энергетический барьер, который не дает возможности электронам пройти по всей длине образца. За счет энергии фотонов электроны могут этот барьер преодолеть, и тогда через образец пойдет ток. Такие полупроводниковые приемники называются фотодиодами. Энергия, которую в этом случае нужно сообщить электронам, также может быть значительно меньше той, которая необходима для работы фотокатода. Поэтому фотодиоды реагируют на излучение со значительно большей длиной волны, чем фотокатоды.

Заметим, что нашему зрению ИК-излучение недоступно по той же причине, по которой оно не освобождает электроны из фотокатода. Причина - малая энергия фотонов. Зрение обусловлено химической реакцией в белке родопсине, идущей под действием света. И для прохождения такой реакции энергии фотона ИК-излучения недостаточно.

При наблюдении в темноте в диапазоне длин волн, к которым глаз чувствителен, света было мало. Приборы для наблюдения должны были преодолевать эту трудность. При наблюдении в темноте в инфракрасных лучах, ИК-излучение может быть весьма интенсивным (например, при использовании мощного излучателя). Для его наблюдения может быть использован любой приемник, чувствительный к излучению данной длины волны. Положение еще больше упрощается, если необходимо рассматривать изображение с невысоким разрешением. В этом случае может быть создана панель из отдельных чувствительных элементов. Элементы ее по очереди подключаются к внешней цепи. При небольшом количестве элементов такое устройство поочередного подключения будет не очень сложным.

Сигнал во внешней цепи используется для получения изображения на экране кинескопа или на жидкокристаллическом экране. Чувствительность элементов панели может простираться до волн в несколько десятков микрон.