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 106. 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(UD).
4. Omówić działanie fotopowielacza mikrokanalikowego.
PÅ‚ytka mikrokanalikowa umieszczona jest w sÄ…siedztwie 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, fc, "f), gdzie:
* T  temperatura w [K] lub dÅ‚ugość fali w [µm] z
ródła promieniowania (ciała doskonale czarnego)
* fc  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.
- nadprzewodzÄ…ce - 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. ZmianÄ™ oporu elektrycznego czujnika, proporcjonalnÄ… 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 z
ródło 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.
RT  rezystancja szeregowa termopary