ПРИЁМНИКИ ИЗЛУЧЕ́НИЯ
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ПРИЁМНИКИ ИЗЛУЧЕ́НИЯ в астрономии, устройства для регистрации излучения, собранного прибором для астрономич. наблюдений (напр., телескопом). Действие П. и. основано на преобразовании собранного излучения в сигнал др. природы, как правило в электрич. ток. Вид П. и. существенно зависит от длины волны исследуемого излучения; для регистрации электромагнитного излучения разных диапазонов спектра применяются принципиально различающиеся приборы.
Осн. характеристики П. и. – т. н. квантовая эффективность (отношение числа регистрируемых фотонов к общему числу фотонов, попавших на детектор), линейность (пропорциональность отклика детектируемому сигналу), динамич. диапазон (различие между самым сильным и самым слабым сигналом, которые могут регистрироваться данным П. и.), спектральный диапазон, шумовые характеристики, быстродействие, размер разрешающего элемента. По принципу действия П. и. разделяют на фотонные (детектируется сигнал, непосредственно порождаемый поглощённым фотоном), тепловые (к появлению регистрируемого сигнала приводит нагрев детектора, вызванный поглощением фотона) и когерентные (гетеродинные детекторы, фиксирующие и мощность сигнала, и его фазу). Различают также селективные и неселективные П. и. (т. е. чувствительные и нечувствительные к длине волны падающего излучения в пределах своего спектрального диапазона).
Исторически первым распространённым приёмником оптич. излучения (помимо глаза) была фотоэмульсия, нанесённая на плёнку или стеклянную пластинку. Однако фотоэмульсия отличается невысокой чувствительностью (квантовая эффективность не более нескольких процентов) и нелинейностью. В сер. 20 в. созданы П. и., использующие явление внешнего фотоэффекта. В этих П. и. регистрируемые кванты электромагнитного излучения выбивают электроны из фотокатода; полученный таким образом поток фотоэлектронов может усиливаться в фотоэлектронных умножителях. Применение таких П. и. часто ограничено их габаритами, не позволяющими получать многоэлементные изображения (одновременно можно исследовать излучение, приходящее только с одного направления). В качестве П. и. применялись также телевизионные П. и., но широкого распространения они не получили.
В 1969 в «Bell Laboratories» (США) разработаны приборы с зарядовой связью (ПЗС). Ныне ПЗС-детекторы наиболее активно используются в астрономии для регистрации излучения оптического, ультрафиолетового и мягкого рентгеновского диапазонов. Из отд. ПЗС-элементов составляются детекторы в виде линеек или матриц. Достоинствами ПЗС-детекторов являются высокая квантовая эффективность (десятки процентов) и линейность. Широкое распространение получают также приёмники оптич. излучения со светочувствит. элементами, созданными на основе технологии КМОП (комплементарный металлооксидный полупроводник).
Для регистрации излучения в ближнем, среднем и частично дальнем ИК-диапазоне (до десятков микрометров) в астрономич. инструментах используются детекторы, составленные из фотодиодов и фотопроводников на основе InSb, HgCdTe (твёрдый раствор ртути, кадмия и теллура) и др. полупроводников (Si:As, Ge:Ga). В более длинноволновом ИК-диапазоне используются тепловые детекторы, гл. обр. детекторы на основе болометров и матриц болометров.
В субмиллиметровом и радиодиапазонах для регистрации излучения применяют когерентные гетеродинные детекторы на основе обычных радиоприёмных устройств (радиометров), а также на основе болометров с электронным разогревом, устройств «сверхпроводник – изолятор – сверхпроводник» (SIS) и др. Достоинство гетеродинных П. и. – очень высокое спектральное разрешение. Ныне они широко применяются в радиоастрономии, а также для регистрации излучения в терагерцевом диапазоне спектра.
Для регистрации излучения в гамма- и рентгеновском диапазонах используются те же П. и., что и в ядерной физике (см. Детекторы частиц). На космич. телескопах жёсткого коротковолнового диапазона применяются пропорциональные счётчики (напр., на основе ксенона), сцинтилляционные детекторы (на основе NaI, Bi12GeO20 и др.), полупроводниковые детекторы (напр., кадмий-цинк-теллуровые, детекторы с микроканальными пластинами), сверхпроводящие туннельные детекторы. Для регистрации излучения в мягком рентгеновском диапазоне всё более широкое применение находят ПЗС-детекторы.