1. Narysować schemat fotopowielacza, omówić jego budowę i działanie.

Podstawowym czujnikiem promieniowania w fotopowielaczu jest fotokatoda
umieszczona w powłoce próżniowej. Fotoelektrony są emitowane i
skierowane przez odpowiednie pole elektryczne do elektrody lub dynody w
próżni. Elektrony wtórne są emitowane w dynodzie dla każdego impulsu
podstawowych fotoelektronów. Elektrony wtórne kierowane są na kolejne
dynody i tak dalej, aż do otrzymania zysku równego 10

6

. Elektrony z ostatniej

dynody są zbierane przez anodę, z której odczytywany jest sygnał.

2. Przedstawić przynajmniej dwa układy polaryzacji (zasilania) fotopowielacza.
* Pierwszy:

* Drugi:

3. Oszacować zmianę czułości S fotopowielacza przy zmianie napięcia zasilania, jeżeli fotopowielacz ma N dynod, zaś średnia

liczba elektronów wybitych z dynody jest dana jako M(U

D

).

4. Omówić działanie fotopowielacza mikrokanalikowego.

Płytka mikrokanalikowa umieszczona jest w sąsiedztwie fotokatody i
anody. W tym fotopowielaczu mogą być stosowane wysokie napięcia
(nawet rzędu 1kV), które zapewniają bardzo krótki czas reakcji. Ze
względu na budowę i wysokie pole elektryczne, wrażliwość
zewnętrznych pól magnetycznych jest znacznie zmniejszona.

Kanaliki mają rezystywną powłokę na ściankach, a napięcie

przyłożone jest do ich końców. Umieszczenie kanalików między
dwoma elektrodami powoduje, że im dalej jesteśmy w kanaliku tym
wyższe jest napięcie, a wybite elektrony odbijają się wielokrotnie od
ścianek kanaliku wybijając za każdym razem coraz więcej elektronów
wtórnych (tak jak w przypadku dynod).

5. Wymienić przynajmniej dwa czynniki powodujące występowanie szumu w fotopowielaczu. W jakim zakresie widmowym

nie można stosować fotopowielaczy ?
Fotopowielaczy nie można stosować w zakresie średniej i dalszej podczerwieni. Czynniki powodujące występowanie szumu:
- upływność omowa (małe wartości pola elektrycznego w fotopowielaczu)
- jonizacja zderzeniowa

6. Narysować dwie konstrukcje fotopowielaczy i podać ich cechy charakterystyczne.
* obwodowo - ogniskowany (Side-On)

* obwodowo - ogniskowany (Head-On)

- fotokatoda jest nieprzezroczysta (elektrony są emitowane

- przydatne w liczniku scyntylacyjnym (duża powierzchnia)

z tej samej strony, z której fotokatoda jest oświetlona)

- korzystniejszy wpływ elektronów na pierwszą dynodę

- wysoka czułość i niewielka powierzchnia

- czas reakcji relatywnie krótki, ale dłuższy od Side-on

- krótki czas reakcji (mały rozmiar i wysoka interdynoda natężenia pola)
* skrzynkowo - kratkowy

* żaluzjowy

- przydatna w scyntylacji (duża powierzchnia

- dobre zbieranie elektronów (duża powierzchnia fotokatody)

półprzezroczystej fotokatody)

- długi czas reakcji (słabe pole elektryczne na dynodach)

- sprawność pobierania elektronów bliska 100% (zapewnia

- struktura elastyczna w stosunku do liczby etapów

dużą rozdzielczość w liczniku scyntylacji)

- niektóre z elektronów wtórnych zostaną utracone (wstawione

- długi czas reakcji (wolny przepływ elektronów)

sieci między etapami)

7. Co oznacza zapis D*(1000, 65, 2) ?
D* to detekcyjność znormalizowana. D* (T, f

c

, ∆f), gdzie:

* T – temperatura w [K] lub długość fali w [µm] źródła promieniowania (ciała doskonale czarnego)
* f

c

– częstotliwość modulacji [Hz]

* ∆f – szerokość pasma detekcji [Hz]

Czyli zapis oznacza: detekcyjność znormalizowaną wzorcownika promieniowego o temperaturze 1000 K, częstotliwości
modulacji 65 Hz i paśmie detekcji 2 Hz. Im większa wartość D* tym lepszy detektor.

8. Wymienić przynajmniej dwa typy bolometrów.
- nadprzewodzące

- metaliczne

- półprzewodnikowe

- ferroelektryczne

9. Narysować dowolny układ pracy bolometru i podać zakres widma, w którym detektory te są stosowane.
Bolometry stosowane są do detekcji promieniowania w podczerwieni. Przykładowe układ pracy:

10. Narysować przekrój bolometru i omówić zasadę jego działania.

Bolometry działają na zasadzie zmiany oporu elektrycznego czujnika pod
wpływem zmiany temperatury wywołanej pochłanianiem padającego
promieniowania. Zmianę oporu elektrycznego czujnika, proporcjonalną do
ilości pochłoniętej energii, mierzy się zwykle za pomocą mostka pomiarowego.
Próg czułości bolometru jest wysoki, rzędu 10

-9

do 10

-12

wata.

11. Omówić działanie bolometru nadprzewodzącego.

W materiale nadprzewodzącym nadprzewodnictwo zaczyna zachodzić dopiero po ochłodzeniu, poniżej pewnego progu
temperatury. Stąd, jeśli pracujemy tuż pod tym progiem (jest nadprzewodnictwo) i zwiększymy gęstość prądu elektrycznego w
materiale, to znajdziemy się już nad progiem, i stracimy nadprzewodnictwo. Teraz jak działa taki bolometr. Mamy sobie
nadprzewodnik i ochładzamy go do temperatury tuż poniżej progu nadprzewodnictwa. Podłączamy do niego źródło prądowe i
mierzymy spadek napięcia. Jest nadprzewodnictwo, więc napięcia nie ma. Teraz jak na materiał padnie foton, to lokalnie go
nagrzewa, na tyle, że w tym malutkim obszarze znika nadprzewodnictwo. Ten obszar ma rezystancję, ale naokoło niego jest
nadprzewodnictwo - rezystancji nie ma. Dlatego, prąd płynący tym paskiem omija obszar z rezystancją, który przestał
nadprzewodzić. To opływanie prądu powoduje zwiększenie gęstości prądu naokoło nagrzanego obszaru, a wzrost gęstości
powoduje, iż tu też tracimy nadprzewodnictwo. W pasku nadprzewodnika powstaje w ten sposób mały obszar z rezystancją,
zajmujący całą szerokość paska. Skoro jest rezystancja, to w skutek przepływu prądu na zaciskach pojawia się napięcie -
wykryliśmy foton. Ponieważ całość znajduje się w zimnej, stabilizowanej temperaturowo w komorze, obszar ten w końcu
ostygnie i wróci do stanu nadprzewodnictwa. Wtedy proces zaczyna się od nowa.

12. Na czym polega sprzężenie elektryczno-termiczne w bolometrach i jaki wpływ ma na parametry tych detektorów.
Zmiana temperatury T bolometru powoduje zmianę rezystancji R. Podczas podgrzewania bolometru w skutek dodatniej pętli
sprzężenia zwrotnego mocniej rośnie jego rezystancja. Wzrost rezystancji powoduje zwiększanie mocy oraz wzrost szumów.

13. Narysować przekrój termopary radiacyjnej i omówić zasadę jej działania.

Światło pada na absorber, który je pochłania nagrzewając się przy
tym. W wyniku różnicy temperatur złącz Al-Si powstaje różnica
potencjałów (napięcie) na końcówkach termopary (tzw. Efekt
Seebecka) i to napięcie jest mierzone.

14. Narysować układ pracy termopary radiacyjnej.

R

T

– rezystancja szeregowa termopary