Полупроводниковые фотоприемники. Физические основы работы фотоприемников с одним р-п переходом, страница 25

ФП детектор модулированного излучения. Возможность детектирования малоинерционными ФП модулированного когерентного излучения используется с целью повышения помехоустойчивости высокочувствительной лазерной интерферометрическои аппаратуры при использовании ее в производственных условиях. В аппаратуре применен гетеродинный принцип. Вместо смещения двух лучей света одной частоты применен лазер, генерирующий на двух частотах. В установке осуществляется смешение световых лучей с двумя разными частотами. Возникающая в результате этого интерференцион-

57

ная картина, состоящая из чередующихся темных и светлых полос, трансформируется ФП в электрический сигнал.

Преимущество таких двухчастотных систем заключается в том, что информация передается с помощью сигналов переменного тока, что исключает влияние вариаций уровня постоянного сигнала помехи на входе.

Один ФП регистрирует интерференционную картину, возникающую в результате смешения отраженного от отражателя измерительного луча со второй частотой или частотой гетеродина. Второй ФП

контролирует интерференционную картину до разделения путей, проходимых светом, и со-

_-^------------LqI--------_4р-------            здает  опорный   сигнал,   харак

Ч(3           _>J         / •*•                     теризующий картину полос при

пулевом   смешении.   Сигнал   от Рис. 40.   Схема прецизионных ве-      обоих   ФП   постУпают  в   соот-ссв   с   фотоприемником   и   свето-      ветствующее    устройство,    вы-диолом                            дающее информацию о величи-

#                                '                           не   и   направлении    смешений.

/.    2 — фотоприемники;     3 —светодиод,        Ппи Аптпгмршрнии  пплиргг An 4 -ось    весов;    5 —подвижная     диа-нри фОТОСМешени-И процесс фО-

фрагма.                            тодетектирования   ФП   эквива-

лентен детектированию света, прерываемого извне с частотой, равной разности двух генерируемых лазером частот. Квантовая эффективность и частотные характеристики ФП в связи с этим будут полностью обусловливаться факторами, изложенными в первом разделе. Предельная чувствительность фотосмесительного ФП, работающего при высоких частотах, может быть обеспечена, если он будет рассчитан на подавление теплового шума своего последовательного сопротивления.

Измеритель скорости воздушного потока. В устойстве измерения скорости воздушных потоков последняя вычисляется по числу оборотов крыльчатки, которые фиксируются при помощи бесконтактного датчика импульсов. Датчик состоит из источника излучения, диска с прорезями и ФП. При вращении скрепленного с крыльчаткой диска с прорезями, прерывающего падающий на ФП луч света, в соответствии со скоростью вращения крыльчатки в секунду вырабатывается до 1000 прямоугольных импульсов напряжения с амплитудой, достигающей 4 В. Скорость воздушного потока подсчитывается по числу импульсов за фиксированный интервал времени.

Контрольные устройства. Весьма разнообразна возможность использования ФП в различного рода контрольных устройствах.

С помощью двух ФП (/, 2) и СД (3) можно точно фиксировать разбаланс прецизионных весов (рис. 40). Вследствие разницы в массе содержимого чашей весов ось 4 поворачивается относительно точек опоры. Подвижная диафрагма 5 связана с осью и вращается одновременно с ней. При перемещении диафрагмы относительно равновесного положения изменяется режим облученности ФП, в результате чего появится разбаланс мостовой схемы, фиксируемый измерительным прибором. Изменяя расстояние плоскости диафрагмы относительно СД и ФП, можно варьировать разрешающей способностью весов. При приближении диафрагмы к ФП точность загрубляется и, наоборот, при расположении диафрагмы ближе к СД — повышается. Высокая чувствительность ФЭП к небольшим изменениям интенсивности света используется для измерения толщины металлических пленок  в  процессе  их  вакуумного  напыления [44]. При попадании

58

овета от раскалившейся спирали распылителя на ФЭП в его выходной цепи появляется электрический ток. В процессе разогрева спирали фототек увеличивается в соответствии с возрастанием светового потока. После начала испарения металла, осаждающегося на поверхности ФЭП, фототок по мере увеличения слоя пленки падает пропорционально его толщине. Проведя калибровку толщины напыляемой-пленки от величины фототока для каждого сочетания испаряемого материала, типа ФЭП, источника света и режима напыления можно точно управлять процессом. Фотопреобразователь без труда можно встраивать в установки для осаждения пленок либо размещать позади или рядом с подложкой, подключив выводы к соответствующему вакуумному вводу. Он также может работать в высоковакуумной аппаратуре и допускает прогрев системы до 400—500°С без заметного ухудшения параметров. Подобная система легко поддается автоматизации. Измерение выходного тока может быть осуществлено   простейшим   измери-

Капля

Счетчик импульсоб

Рис.  41.  Схема   фотосчетчика  капель.

/ — светодиод;  2 — канал  для капель;  3 — фотоприемник.

тельным   прибором.

На рис. 41 .представлена схема фотосчетчика капель. Принцип его работы столь прост, что не нуждается в пояснении. На аналогичном принципе могут работать различные измерители и регуляторы уровня, а также манометры [12].

В  основе устройства для   сортировки   изделий лежит  считыватель   двоичного   кода,   в   котором   источником   излучения   служит   СД  из GaAs с максимумом излучения 0,950 мкм, а приемником — кремниевый  ФП. Система  предназначена для считывания черных  и   белых отметок цифрового кода на упакованных деталях, сходящих с конвейера. Светодиод на частоте 1,5 кГц генерирует импульсы длительностью   10   мке   и   мощностью  150 мВт.  До  маркировочного  знака через оптическую фокусирующую систему проходит примерно 1 мВт. На единицу поверхности  маркировочного знака  за  время  его  прохождения  мимо луча попадает примерно  20  импульсов.  Если этот знак черный, то излучение поглощается, а если белый, то значительная часть излучения рассеивается обратно в широком угле и фиксируется   установленным   соответственным   образом   кремниевым   ФП. Окружащий свет не мешает считыванию, так как для отсечки видимого излучения применен светофильтр. Система с ФП способна  работать   при   окружающей   засветке,   суммарный   уровень   которой в 150 раз превышает уровень сигнала информации. Маркировочный знак   имеет   двухрядную   конфигурацию.   Белое   над черным   равно двоичной 1, а черное над белым соответствует двоичному 0. Импульсный режим работы СД обеспечивает достаточную мощность излучения и позволяет избавиться от окружающей ЙК-помехи, вносящей постоянную   составляющую.   Система   функционирует  лучше,   если кремниевые   ФП   работают  на  линейном   участке  их  характеристик чувствительности.