close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Особенности ЭОП для ультрафиолетовой области спектра.

код для вставкиСкачать
УДК 681.785
П.А. Алдохин
СГГА, Новосибирск
ОСОБЕННОСТИ ЭОП ДЛЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА
спектральная чувствительность, мА/Вт
В последние годы растет интерес приборостроителей к созданию
оптико-электронных систем (ОЭС), работающих в ультрафиолетовой (УФ)
области спектра. Это обусловлено широким использованием данных
приборов в различных областях науки и техники, например, в экологическом
мониторинге Земли для дистанционной индикации разливов нефтепродуктов
на воде и суше. Кроме того, применение ОЭС, например телевизионных
камер, работающих в УФ области спектра, в качестве дополнительного
информационного канала в составе многоспектральных ОЭС может
значительно повысить их информативность [1].
В настоящее время в России и за рубежом быстрыми темпами
развивается элементная база для создания данных ОЭС – фотодиоды,
фотоэлектронные умножители, ПЗС и др. Одним из приемников УФ
излучения являются и электронно-оптические преобразователи (ЭОП).
Трудностью создания ЭОП для УФ области спектра, в отличие от ЭОП для
видимого диапазона, является небольшой выбор материалов для
изготовления фотокатодов, а также прозрачных материалов для входных
длина волны, нм
Рис. 1
окон.
коэффициент пропускания, %
квантовая эффективность, %
На рис. 1 показаны спектральные характеристики наиболее
распространенных фотокатодов, нанесенных на различные входные окна: C –
фотокатод CsTe на кварцевом стекле; B – бищелочной фотокатод K2SbCs на
кварцевом стекле; T – фотокатод UV Wide-Band (NaKSb)Cs на кварцевом
стекле; Q – фотокатод S20 (NaKSb)Cs на кварцевом стекле; F – фотокатод S25
(NaKSb)Cs на кварцевом стекле; E – фотокатод S25 (NaKSb)Cs на
боросиликатном стекле; N – фотокатод S25RE (NaKSb)Cs на боросиликатном
стекле.
Известно, что большинство
100
фотокатодов, чувствительных в
видимой
области
спектра,
чувствительны
и
к
УФ
10
излучению. Однако, применение
CsTe
в
УФ
ЭОП
фотокатодов,
KBr
Csl
чувствительных
в
широкой
1
области
спектра,
имеет
RbTe
существенный
недостаток,
0,1
связанный с необходимостью
100
150
200
250
300
350
400
защищать его (фильтровать) от
длина волны, нм
засветки
видимым
светом.
Поэтому
целесообразно
Рис. 2
применять
так
называемые
солнечнослепые фотокатоды, не чувствительные в видимой области спектра.
Как известно [4], только небольшая доля рассеянного излучения короче
290 нм может присутствовать в верхних слоях атмосферы, однако около
поверхности Земли УФ излучение менее 290 нм практически отсутствует.
Поэтому УФ ЭОП с солнечно-слепыми фотокатодами могут работать без
защиты от естественного солнечного излучения. Обычно коэффициент
«слепоты» таких катодов, т. е. отношение чувствительности фотокатода на
длине волны 250 нм к чувствительности на длине волны 300 нм, должен
составлять не менее 100 [2].
Наибольшее
100
распространение
получили
фотокатоды
на
основе
80
телурида цезия и рубидия
1
2
3
4
(CsTe и RbTe), чувствительные
60
в области среднего УФ
излучения.
Спектральные
40
характеристики,
этих
20
фотокатодов показаны на рис.
2.
0
На рис. 3 приведены
50 100 150 200 250 300 350 400 450
кривые
пропускания
некоторых материалов в УФ
длина волны, нм
области спектра: 1) MgF2 –
Рис. 3
Коэффициент пропускания, %
фтористый магний, 2) Fused Silica –кварцевое стекло, 3) Glass –
боросиликатное стекло, 4) UV Fider Optic – УФ волоконно-оптическая
пластина.
Как видно, лучшим материалом является фтористый магний, поскольку
это единственный материал, у которого коротковолновая граница
пропускания составляет 120 нм.
Сдерживающим фактором в применении материалов в качестве входных
окон, является их совместимость с технологией изготовления ЭОП и
согласованность по температурному коэффициенту линейного расширения
(ТКЛР) с конструкционными материалами корпуса ЭОП (металлами и
стеком) [2], поскольку в состав технологического процесса подготовки
входных окон ЭОП входит мойка в различных растворителях, многократный
прогрев в вакууме и на воздухе при температуре до 450 С, обработка
поверхности в парах щелочных металлов при изготовлении фотокатода и т.д.
Фтористый магний не полностью согласован с металлами и сплавами по
ТКЛР, гигроскопичен и взаимодействует со щелочными металлами при
изготовлении фотокатода, поэтому в итоге его чувствительность получается
хуже, чем чувствительность фотокатода, изготовленного, например, на
увиолевом стекле УС-88.
Фториды других металлов – бария и кальция также прозрачны в УФ
области спектра, но их применение для входных окон невозможно по
перечисленным выше соображениям [2].
На рис. 4 показаны кривые
пропускания
материалов,
100
прозрачных в УФ области
спектра и применяемых для
80
1
входных окон ЭОП, которые
2
60
производятся
в
России.
Основными из них также
3
40
являются фтористый магний,
плавленый кварц (показаны на
20
рис. 3),
лейкосапфир
(1),
увиолевые стекла УТ-49 (2) и
0
УТ-88 (3).
150
200
250
300
350
С началом выпуска ЭОП с
длина волны, нм
микроканальным усилением,
сборка которых производится
Рис. 4
способом
холодной
герметизации,
условие
согласование материала входного окна с материалом корпуса ЭОП перестало
быть сдерживающим фактором в применении фтористого магния и кварца в
конструкции ЭОП для УФ области спектра [2, 3].
Одним из примеров зарубежных УФ ЭОП являются приборы,
выпускаемые фирмой HAMAMATSU, основные параметры которых
приведены в табл. 1 [5].
Таблица 1
Размер
фотокатода
Спектральный
диапазон
Основная
длина
волны
Материал
входного окна
18 мм
25 мм
18 мм
25 мм
160-320 нм
230 нм
160-320 нм
230 нм
Фотокатод
Катодо
люмин
есцент
ный
экран
CsTe
P43
CsTe
P43
MgF2
Синтетический
кремний
Характеристики отечественного УФ ЭОП «Кварц» второго поколения
приведены в табл. 2 [6].
Таблица 2
Размер
фотокат
ода
14 мм
Спектральный
диапазон
150-350 нм
Чувствител
ьность
фотокатода
На λ 250 нм
> 20 мА/Вт
Материал
входного
окна
MgF2
Фотокато
д
CsTe
Разрешение
Катодо
люмин
есцент
ный
экран
В центре
40 штр/мм
На диаметре
10 мм
30 штр/мм
P43
По заказу КТИ ПМ СО РАН был разработан макет УФ ЭОП с
параллельным переносом изображения. Данный ЭОП имеет фотокатод на
основе соединения Cs2Te, нанесенного на входное окно из MgF2 и
чувствительного в спектральном диапазоне 200 – 320 нм; его основные
характеристики представлены в табл. 3.
Таблица 3
Разме
р
фоток
атода
18 мм
Спектраль
Пороговая
ный
облученность в
диапазон
плоскости
фотокатода
200-320
10-7 Вт/м2
нм
Материал
входного
окна
Фотокатод
Разрешение
при оптимальной
облученности
MgF2
CsTe
39 штр/мм
График квантового выхода фотокатода ЭОП показан на рис. 5.
0,18
0,16
квантовый выход, отн.ед.
0,14
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
длина волны, нм
Рис. 5
Можно надеяться, что дальнейшее повышение основных характеристик
УФ ЭОП таких как: спектральной чувствительности, пространственного
разрешения, увеличение отношения сигнал/шум позволит использовать
данные приборы при создании перспективных многоканальных ОЭС
различного назначения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Алдохин П.А., Рафаилович А.С. Телевизионные системы для УФ области спектра // Сб.
материалов научного конгресса «ГЕО - СИБИРЬ – 2005» – Т. 6. – Новосибирск: СГГА, 2005. – С. 42 –
47.
2. Отчет «Анализ состояния метрологической базы за рубежом и в России необходимой
для измерения параметров электронно-оптических преобразователей и оптико-электронных
модулей, работающих в УФ-области спектра, разработка предложений по ее созданию и составу».
– М.: «ДОМ ОПТИКИ» ВНЦ «ГОИ им. С. И. ВАВИЛОВА», 2004.
3. Бутслов М. М., Степанов Б. М., Фанченко С. А. Электронно-оптические преобразователи
и их применение в научных исследованиях. – М.: «Наука». – 1978.
4. Рафаилович А.С. Объекты исследования и параметры исследовательской аппаратуры
для ультрафиолетовой области спектра // Сб. материалов научного конгресса «ГЕО - СИБИРЬ –
2005» – Т. 6. – Новосибирск: СГГА, 2005. – С. 52 – 56.
5. Internet: http://www.hamamatsu.com.
6. Internet: http://rusnv.ru.
© П.А. Алдохин, 2006
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
11
Размер файла
317 Кб
Теги
особенности, эоп, спектр, ультрафиолетового, области
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа