|
| |
|
Главная Журналы I СВЕТ  Кремниевый p-i-n фотодиод шение инерционности. С этой целью предложен ряд новых структур: четырехслойные с гетеропереходом, фотодиоды с барьфом Шотки (контакт металл-полупроводник), отличающиеся особенно высоким быстродействием, кремниевые p-i-n диоды, которые все более вытесняют прибор с р-п переходом. Структура p-i-n содержит слои полупроводника с ри п проводимостями, разделенные очень тонким /-слоем окиси кремния изолятором. Обратный ток перехода в p-i-n структуре чрезвычайно мал, что увеличивает чувствительность к слабым световым потокам. Энергия носителей заряда, возбужденных квантами падающего света, оказывается вполне достаточной, чтобы преодолеть тонкий слой изолятора и создать фототек. Фототранзистор в отличие от фотодиода обладает внутренним усилением и благодаря этому-повышенной чувствительностью. Фототранзисторы с р-п переходами изготавливаются по стандартной планарной технологии кремниевых интегральных схем. От обычного п-р-п транзистора фототранзистор отличается только тем, что у него в области эмиттерного перехода имеется прозрачное окно, пройдя которое свет попадает в базу. Образовавшиеся благодаря действию квантов света носители заряда создают ток базы. Ток коллектора в соответствии с принципом работы транзистора получается в л21э раз больше. Типичное значение коэффициента передачи тока кремниевого транзистора составляет 50... 200. Из других типов фотоприемников следует упомянуть фоторезисторы. Как правило, они также изготавливаются из полупроводника, но р-п переходов не имеют, т.е. ведут себя как обычные омические сопротивления. Темновое сопротивление фоторезистора обычно велико и может достигать нескольких мегаом. Под действием света в толще полупроводника появляются свободные носители заряда, резко снижающие сопротивление фоторезистора. Если в вашем подъезде установлен автомат включения лестничного освещения с наступлением темного времени суток, то можете бьггь уверены, что датчиком служит фоторезистор, обычно типа ФСК-1 или ФСК-2. Большие трудности возникают при создании фотоприемников для ИК области спектра. Дело в том, что для «вырывания» электрона из атома полупроводника при фотоэффекте квант света должен совершить определенную работу, называемую работой выхода. Сле- ( довательно, энергия кванта должна бьггь больше работы вьпюда для данного вещества. Но энергия квантов уменьшается с увеличением длины волны. Кремниевые фотоприемники эффективно работают  Фототранзистор только в видимой части спектра до длин волн 0,8... 0,9 мкм. Германий, а также тройные соединения, такие как InGaAs, GaAsSb, позволяют продвинуться в длинноволновую область до 2... 3 мкм. К для приема в дальней ИК области (10... 12 мкм) необходимо яспользовать уже другие физические принципы. Обнадеживающие результаты дают гофоэлектрические приемники. В них используются зещества, создающие электрический заряд при воздействии тепла. Пироприемник обычно содержит и усилитель на полевом транзисторе ; изолированным затвором, имеющий очень высокое входное сопро-гивление (гигаомы), согласующееся с высоким сопротивлением пиро-1лемента. Рассмотрев способы генерации и приема оптического излучения, юрейдем к устройствам, в которых используются описанные призеры. Лидары, светодальномеры, оптроны... Ассортимент подобных устройств огромен. Не будем за-шматься их перечислением, а рассмотрим некоторые из них. Лидар, или оптический локатор с лазером в качестве передатчика, шепше напоминает обьпсновенный спаренный телескоп. Принцип действия его точно такой же, как и у известного нам радиолокатора. Лмпульсы мощного лазера, дополнительно сфокусированные опти-1еской системой одного из телескопов, посылаются в направлении г»  Оптические системы-антенны исследуемого объекта. Отраженный или рассеянный сигнал достигает приемной трубы-телескопа и воздействует на фотоприемник. По задержке отраженного импулыа определяют расстояние до объекта, а по положению телескопов его угловые координаты. Точность их измерения лидаром намного превосходит точность любого радиолокатора. Так, например, угловые координаты можно определить с точностью до угловой секунды, а дальность-до нескольких десятков сантиметров. Что это значит? Можно, например, на расстоянии 200 км следить за стыковкой двух космических аппаратов, сблизившихся до расстояния в несколько метров. Следующий прибор произвел подлинную ревошоцию в геодезии и картографии. Назначение его ясно из названия-светодальномер. Прежде чем составить подробную и точную карту местности, необходимо найти и обозначить пункты, координаты которых были бы хорошо известны. Относительно их можно определять координаты и других пунктов: улиц, домов, холмов, оврагов, рек и озер. Вы неоднократно видели на возвышенньп местах ажурные деревянные или металлические башни-геодезические сигналы. Они строятся над опорными пунктами геодезической сети. С одного сигнала обязательно видно два-три других. Ранее сигналы называли триангуляционными вышками, поскольку вся сеть строилась с помощью метода триангуляции. Между двумя сигналами как можно точнее измерялось расстояние, например, мерной лентой или проволокой. Это расстояние называется базисом. Затем с концов базиса определяли направление на третий пункт. Рассчитав все стороны получившегося треугольника по известной одной стороне и двум углам (классическая задача!), определяли положение третьего пункта, затем четвертого и т.д. Триангуляционная сеть уходила за горизонт, но точность угловых измерений теодолитами весьма высока, и координаты пунктов определялись довольно точно. Тем не менее ошибка накапливалась и накапливалась по мере удаления от базиса. А насколько трудоемкой была эта работа для геодезистов, вы сами теперь можете представить! Долгие месяцы вручную обрабатывались колонки многозначных цифр, измеренных в полевых экспедициях. Радиоэлектроника упростила геодезические работы. Я уж не буду говорить, что многозначные числа обрабатывает теперь ЭВМ-это очевидно. Но и углы в триангуляционной сети теперь никто не измеряет. Измеряют длину сторон с помощью портативных и очень полезных приборов-радио- и светодальномеров. Светодальномер обеспечивает большую точность. Он позволяет измерять расстояние в 10 км с ошибкой в один сантиметр! Зато радиодальномер действует в любую погоду: туман, плохая видимость ему не помеха. Принцип работы светодальномера несложен. Прибор содержит лазер-излучатель света, модулятор и передающую оптику. В модуляторе установлен электрооптический кристалл, изменяющий свои параметры под действием электрического сигнала. Обычно исполь-зуют синусоидальный сигнал с частотой 10... 150 МГц (измеритель-1 ная частота). Промодулированный кристаллом лазерный луч про- ] ходит к отражателю, установленному на другом конце измеряемой трассы. Отражателями служат трипель-призмы-стеклянные призмы с тремя взаимно перпендикулярными гранями. Они обладают важ- Триангуляция-метоа определения положения геодезических пунктов путем построения на местности систем смежно расположенных треугольников (вершинами их являются определяемые точки), в которых измеряют углы и длину сторон. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 [ 101 ] 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 |