Программа спецкурса
“Фотоэлектронные приемники и их применение”


  1. Оптическое излучение. Основные типы приемников оптического излучения, общие характеристики приемников излучения. Приемники изображения. Фотоэлектронные приемники — приемники на основе внешнего и внутреннего фотоэффекта. Краткое содержание курса. Историческая справка. Основные соотношения внешнего фотоэффекта.
  2. Элементы зонной теории твердого тела. Валентная зона, зона проводимости, запрещенная зона. Металлы и полупроводники. Примесные полупроводники. Работа выхода и электронное сродство. Фотогенерация свободных носителей, связь с оптическими свойствами вещества. Термогенерация.
  3. Три этапа фотоэмиссии — возбуждение фотоэлектрона, его диффузия к поверхности, преодоление поверхностного барьера. Квантовый выход. Особенности фотоэмиссии из металлов. Механизмы потери энергии электроном в полупроводниках. Особенности наилучших фотоэмиттеров (фотокатодов). Фотокатоды с отрицательным электронным сродством. Термоэмиссия электронов.
  4. Фотокатод фотоэлектронного умножителя. Массивный и полупрозрачный фотокатоды. Квантовая эффективность и катодная чувствительность. Спектральные характеристики фотокатода. Основные типы фотокатодов, их особенности. Соотношения между светотехническими и физическими величинами. Оптические свойства фотокатодов. Оптические методы повышения чувствительности. Специальные фотокатоды.
  5. Динодная система и анод ФЭУ. Вторичная эмиссия электронов. Коэффициент умножения. Зависимость от питающего напряжения. Временные характеристики электронного импульса. Основные типы динодных систем и их особенности. Анод (коллектор). Схема включения и питания ФЭУ. Делители напряжения. Выходной сигнал и анодная нагрузка. Анодная чувствительность. Связь между токовыми и импульсными характеристиками. Амплитудное распределение импульсов. Метод измерения тока и метод счета фотонов (импульсов).
  6. Темновой ток и его источники. Автоэмиссия. Разрядные явления. После-импульсы. Методы минимизации шумов. Систематические эффекты, влияющие на чувствительность ФЭУ. Влияние температуры, магнитного поля, временной дрейф и гистерезис. Предельные световые загрузки и линейность ФЭУ.
  7. Метод счета фотонов. Анодная цепь ФЭУ. Усилители импульсов и их характеристики. Дискриминация импульсов. Счетная характеристика. Связь с амплитудным распределением. Плато. Рабочая точка. Статистика импульсов. Динамический диапазон. Накопление достоверного результата. Методы измерения нелинейности.
  8. Основные производители ФЭУ. Современные ФЭУ, основные области использования. Диссекторы. Многоанодные ФЭУ. Координатно-чувствительные ФЭУ.
  9. Приборы на основе внутреннего фотоэффекта. Фотопроводимость и фото–ЭДС. Фотосопротивление и его основные характеристики. Фотодиоды. Принцип работы, режимы включения и основные характеристики. Лавинные фотодиоды. Лавинный пробой. Режим усиления фототока, коэффициент усиления. Режим счета импульсов и квантовая эффективность.
  10. Принцип измерений с накоплением заряда. МДП (МОП) конденсатор (ячейка). Обедненная область. Методы считывания. Двойная коррелированная выборка. Приборы с произвольной адресацией (ПЗИ). Матрицы с активными ячейками и их основные характеристики.
  11. Приборы с зарядовой связью. Фотоячейка. Принципы функционирования ПЗС. Управляющие шины и стоп–каналы. Эффективность переноса. Ловушки. Поверхностный и объемный (скрытый) канал. Емкость ячейки и ее переполнение. Источники шума в ПЗС матрицах. Способы уменьшения шумов. Охлаждение. MPP режим.
  12. Архитектура ПЗС матриц. Столбцы и строки. Полнокадровые матрицы. Межстрочный и кадровый перенос. Ортогональные матрицы. Горизонтальный регистр. Бинирование. Выходное устройство. Шум считывания. Считывание и обработка сигнала. Двойная коррелированная выборка. АЦП и цифровые единицы (ADU). Шум оцифровки. Коэффициент преобразования. Скорость считывания.
  13. Спектральная чувствительность ПЗС. Способы повышения чувствительности в УФ и других диапазонах. ПЗС с прямым и обратным освещением. Внутрипиксельные вариации чувствительности.
  14. Пространственные систематические шумы (ошибки). Косметические ошибки. Мультипликативные и аддитивные ошибки и их определение. Подложка (смещение - bias) и ее учет. Плоское поле и его получение. Процедура обработки данных ПЗС матрицы. Оценка точности измерений.
  15. Основные производители ПЗС матриц для научных применений. Примеры современных матриц для астрономических исследований. Их реальные характеристики.