Детекторы излучения.
Страница 1

Детекторы излучения - решающие части любой системы дистанционного зондирования. Спектральные компоненты излучения, полученные оптической части системы, попадают в детекторы излучения и переводятся в форму, подходящую для преобразования из в данные. Природа детекторов излучения в системе дистанционного зондирования оказывает значительное влияние на качество получаемых данных. Необходимо, чтобы аналитик представлял, как влияют на качество данных различные детекторы излучения, чтобы отклонения, вызванные детекторами, не принимались за аномалии объектов.

Фотонные и тепловые детекторы.

Обычно используемые в дистанционном зондировании детекторы излучения делятся на две обширных класса: фотонные и тепловые.

Тепловой детектор существенно изменяет свою температуру в ответ на падающее излучение, и в большинстве случаев его электрического сопротивление - функция температуры.

Преимущество тепловых детекторов в том, что их отклик не зависит от длины волны падающего излучения, они реагируют на излучение всех длин волн. Недостаток в том, что тепловой детектор вообще не способен на быстрый отклик быстро меняющемуся входному излучению и, как правило, менее чувствителен, чем фотонный детектор.

Следует отметить, что фотонные детекторы способны на быстрый отклик поступающего излучения и поэтому часто используются в схемах детектирования систем дистанционного зондирования. По существу, фотонные детекторы основаны на том принципе, что приходящее излучение возбуждает носители электрических зарядов заставляя их переходить с одного энергетического уровня кристаллической решетки детектора на другой. Считают, что носители зарядов, занимающие нижние энергетические уровни, находятся в валентной зоне кристаллического детектора. Если носитель заряда возбуждается и переходит на такой энергетический уровень, что он может свободно двигаться по всей кристаллической структуре детектора, говорят, что он находится в зоне проводимости. Вследствие квантово-механических свойств прибора носитель заряда переходит с энергетического уровня валентной зоны на энергетический уровень зоны проводимости через “запрещенную” энергетическую зону. На рисунке 3. .1. дано схематическое представление такой структуры энергетических зон.

рис. 3.3.1. Схема энергетической зоны фотонного детектора.

Если рассматривать излучение с точки зрения квантовой механики, то можно говорить, о нем как о волновом или корпускулярном. Рассматривая излучение с точки зрения его волнового характера, мы говорим о длине волны. Однако рассматриваемая излучение как корпускулярное, мы говорим о “частицах”, называемых фотонами, каждый фотон обладает энергией, равной h , где h- постоянная Планка, - частота излучения. Этот двойственный характер излучения - один из основных принципов современной физики.

Когда фотон (или квант) излучения попадает на фотонный детектор, носитель электрического заряда выбивается из валентной зоны и переходит в зону проводимости всякий раз, когда h больше или равно Еg, где Eg - “расстояние” в энергетическом смысле между валентной зоной и зоной проводимости. Точнее, фактически получается два носителя зарядов. Один из них, носитель положительного заряда (“дырка”), остается на энергетическом уровне валентной зоны, носитель отрицательного заряда (электрон) двигается в зону проводимости. оба эти носителя зарядов способствуют образованию в фотонном детекторе электрического сигнала. Поскольку электрон перемещается в зону проводимости только тогда, когда приходящий фотон имеет энергию h , большую или равную Еg, то детектор поглощает излучение и является непроницаемым для этого излучения.

Отклик фотонного детектора пропорционален числу носителей зарядов в зоне проводимости, то есть отклик пропорционален числу переходов электронов, вызванных приходящими фотонами. Чувствительность детектора - мера электрического отклика (т.е. число электронных переходов) на Ватт приходящего излучения.

Поскольку фотонный детектор регистрирует так только когда , где С - скорость света, - длина волны, то отклик детектора имеет место всякий раз, когда:

3.3.2.

Это выражение определяет пороговую длину волны детектора.

Мощность падающего пучка Ф определяется:

3.3.3.

где Nф - число падающих на детектор за 1с фотонов;

- энергия фотона.

прямая относительность Nф, имеем

3.3.4.

Чувствительность детектора будет:

3.3.5.

где К - коэффициент пропорциональности;

- квантовый выход.

Отсюда 3.3.6.

где

На рисунке 3.3.2. дан график этого отклонения. Для сравнения в той же системе координат приведен относительный отклик теплового детектора. Отметим, что чувствительность теплового детектора не зависит от длины волны и меньше, чем чувствительность фотонного детектора в диапазоне длин волн, близких и .

рис. 3.3.2 Идеальные отклики теплового и фотонного детекторов.

Страницы: 1 2 3

 
Углеродный цикл и изменения климата

Влияние человека на климат начало проявляться несколько тысяч лет тому назад в связи с развитием земледелия. Во многих районах для обработки земли уничтожалась лесная растительность, что приводило к скорости ветра у земной поверхности, некоторому изменению режима температуры и влажности нижнего слоя воздуха, а также к изменению режима влажности, испарения и речного стока ...

Узнать больше...
 
Урбанизация и экология
Одной из наиболее характерных особенностей развития современного общества является быстрый рост городов, непрерывный темп увеличения численности их жителей, увеличение роли городов в жизни общества, преобразование сельской местности в городскую, а также миграция сельского населения в города. Урбанизация (от лат. urbanus- городской) - это процесс повышения роли городов в развитии общества ...
Узнать больше...
 
Copyright © Все материалы пренадлежат - www.informecolog.ru