ФОТОПРИЕМНИК
PHOTODETECTOR

Изобретение относится к фотоприемникам и предназначено для селективной регистрации оптических сигналов в оптоэлектронных устройствах.
Известны фотоприемники и интерферометры для селективной регистрации оптических сигналов, состоящих из тонкослойных и прозрачных фоточувствительных слоев, расположенных на пути встречных световых потоков [Патенты России №2243615, 27.12.2004, Бюл. №36; №2217710, опубликован 27.11.2003, Бюл. №33; №2277222, опубликован 27.05.2006, Бюл. №15]. Селективность в них достигается за счет суммирования усиленных электрических сигналов на выходах фотоэлектрических слоев. Селективная характеристика в таких устройствах формируется за счет двух факторов: расположения фотоэлектрических слоев в оптическом пространстве (оптической разности хода встречных световых потоков) и выбора коэффициента усиления каждого из усилителей. При этом коэффициенты усиления изменяют в широких пределах (от усиления до ослабления), а суммирование выполняют с одинаковыми или разными знаками.
N
Известен фотоприемник (А.А.Ivanenko, V.F.Shabanov, A.M.Sysoev, N.P.Shestakov, Interference sensitive selective photodetector, Proc. of SPIE Vol.7009 70091К-1 Selected paper from Second International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers, edited by Igor A.Sukhoivanov, Vasily A. Svich, Yuriy S.Shmaliy, Proc. of SPIE Vol.7009, 70091K, (2008) · 0277-786X/08/$18 · doi: 10.1117/12.795313), в котором N прозрачных интерференционно-чувствительных слоев расположены на различных оптических расстояниях от зеркала в области стоячих волн, образованных встречными световыми потоками. Каждый из фотоэлектрических слоев расположен на оптическом расстоянии L от отражателя, смещен в поперечном направлении и оптически связан с соответствующей линией задержки. Электрические сигналы фоточувствительных слоев усиливают и суммируют. В этом устройстве полоса спектральной чувствительности формируется за счет расположения фоточувствительных слоев на различных расстояниях от зеркала и суммирования электрических сигналов с заданными весовыми коэффициентами. Это устройство является прототипом изобретения.
Однако они обладают следующими недостатками: электронные шумы фотоэлектрических слоев и соответствующих усилителей в результирующих сигналах суммируются.
Техническим результатом изобретения является селективный фотоприемник с низкими шумами.
Технический результат достигается тем, что фотоприемник содержит интерференционно-чувствительный фотоэлектрический слой, N оптических линий задержки, каждая из которых смещена в плоскости, перпендикулярной измеряемому световому потоку, и зеркало, причем фотоэлектрический слой оптически связан с N линиями задержки.
N
Увеличение отношения сигнал-шум достигается за счет того, что в фотоприемнике содержится только один прозрачный и тонкий интерференционно-чувствительный фотоэлектрический слой. Оптические сигналы с различной разностью хода L, поступающие с N оптических линий задержки, регистрируются прозрачным интерференционно-чувствительным слоем (в области стоячих волн, образованных встречными световыми потоками), таким образом, суммирование оптических сигналов происходит в оптическом диапазоне спектра. Поэтому электрические помехи, связанные с суммированием электрических сигналов от N интерференционно-чувствительных слоев и соответствующих усилителей, не возникают.
Изобретение поясняется чертежами.
Фиг.1. Схема фотоприемника. S1 - световой поток на входе фотоприемника; 1 - интерференционно-чувствительный фотоэлектрический слой; 2 - линии задержки N, где N - положительное целое число; 3 - зеркало.
1
0
2
0
1
0
2
0
Фиг.2. Результаты расчета чувствительности фотоприемника с двумя линиями задержки с характеристиками режекторного Sреж. и пропускающего Sпроп. фильтров соответственно. Штрихпунктирная кривая для линии задержки длиной L=λ/2 и L=λ, сплошная линия L=λ/4 и L=λ/2.
N
N
Интерференционно-чувствительный слой фотоприемника 1 расположен параллельно плоскости зеркала 3. Оптические задержки 2 в виде N прозрачных слоев с оптическими толщинами L расположены между фотоэлектрическим слоем и зеркалом. Здесь L - оптическая толщина N-й оптической задержки, где N - целое положительное число.
1
0
2
0
1
0
2
0
Фотоприемник работает следующим образом. Излучение поступает на фоточувствительную площадку тонкослойного прозрачного интерференционно-чувствительного фотоэлектрического слоя 1, далее проходит через N оптических линий задержки 2 к зеркалу 3. Отраженное зеркалом излучение проходит этот же оптический путь, в обратном направлении образуя стоячие волны с различной разностью хода в области регистрации, т.е. в области расположения интерференционно-чувствительного фотоэлектрического слоя 1. Сигналы с различной разностью хода регистрируются интерференционно-чувствительным фотоэлектрическим слоем 1. В результате этого формируется отклик (фототок), пропорциональный сумме интенсивностей стоячих волн, имеющих различную оптическую задержку. Конкретный вид спектральной чувствительности фотоприемника определяется следующими факторами: числом оптических линий задержки, размером рабочей площади и длиной каждой линии оптической задержки. На фиг.2 представлен расчет спектральной чувствительности селективного фотоприемника, содержащего один фотоэлектрический слой, регистрирующий оптические сигналы от двух линий задержки. Расчеты выполнены в следующем приближении. Поглощение света в фотоэлектрическом слое не учитывалось. Толщина фотоэлектрического слоя полагалась менее четверти длины волны коротковолновой границы спектрального диапазона. В расчете не учитывались особенности спектральной чувствительности, связанные с материалом фоточувствительного слоя. Спектральная чувствительность фотоприемника с задержками, соответствующими оптическим толщинам L=λ/2 и L=λ, представлена штриховой кривой, сплошная линия соответствует L=λ/4 и L=λ/2.
Отличие известных интерференционно-чувствительных фотоприемников от предлагаемого решения заключается в том, что в фотоприемнике имеется только один интерференционно-чувствительный слой, который регистрирует сумму оптических сигналов с различной задержкой.
Разность хода стоячих волн встречных световых потоков равна нулю на поверхности зеркала, она возрастает при удалении от него в направлении нормали к его поверхности. В известных решениях фотоэлектрические слои располагаются на различном расстоянии в этом направлении. Каждый фотоэлектрический слой регистрирует интенсивность интерференции с различной разностью хода встречных световых лучей. Фотоэлектрические сигналы усиливаются и суммируются. Соответственно суммируются и шумы N фотоэлектрических слоев и соответствующих усилителей. Увеличение отношения сигнала к шуму в предлагаемом решении достигается за счет того, что N оптических сигналов с различной разностью хода (за счет различной длины оптической задержки) суммируются при регистрации одним фотоэлектрическим слоем, поэтому на отношение сигнал-шум влияют шумы одной фотоэлектрической системы, состоящей из фоточувствительного слоя и усилителя.
Фотоприемник может быть использован для селективной регистрации оптических сигналов.