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Lexikon der Optik: Strahlungsempfänger

Strahlungsempfänger, Geräte zum Nachweis elektromagnetischer Strahlung. Für den Nachweis bieten sich thermische, photoelektrische und photochemische Methoden an.

Bei thermischen S. (thermische Detektoren) wird die nachzuweisende Strahlung im Empfängermaterial absorbiert und die daraus resultierende Temperaturerhöhung direkt (z.B. bei einem Strahlungsthermoelement) oder indirekt (z.B. bei einem optoakustischen Empfänger) in das elektrische Meßsignal umgewandelt. Thermische S. arbeiten über große Bereiche wellenlängenunabhängig. Sie können meist relativ einfach elektrisch kalibriert werden und gestatten in bestimmten Fällen die Absolutbestimmung von Strahlungsenergien (z.B. in einem Strahlungskalorimeter). Sie haben in der Regel eine geringere Empfindlichkeit und eine größere Zeitkonstante als z.B. photoelektrische Empfänger. Thermische Empfänger werden für den Nachweis im Infrarot (IR)- und Ferninfrarot (FIR)-Spektralbereich bevorzugt. Sie können auch für die Messung hoher Impulsenergien eingesetzt werden.

Photoelektrische S. (Photoempfänger) beruhen auf der Erzeugung freier Ladungsträger (Photoelektronen, Elektron-Loch-Paare) durch die im Empfängermaterial absorbierte Strahlung (Quantendetektoren). Dabei wird entweder der äußere Photoeffekt (Photoemission), der innere Photoeffekt (Photoleitung, Photo-EMK) oder der Photon-Drag-Effekt (Impulsübertragung auf freie Ladungsträger im Kristall, Photondrag-Empfänger) ausgenutzt. Photoelektrische S. besitzen eine hohe Empfindlichkeit in allerdings meist schmalen Wellenlängenbereichen, wobei die langwellige Grenze durch die Energiebandstruktur des Detektormaterials bestimmt wird. Sie können mit sehr kleinen Zeitkonstanten (bis 10-11 s) betrieben werden.

Für den Nachweis im IR-Bereich ist meist eine Kühlung (auf 1,5 bis 77 K) erforderlich. Die Kalibrierung erfolgt in der Regel durch Vergleich mit geeichten thermischen Empfängern.

Die photoelektrischen S. werden vorwiegend für zeitlich hochaufgelöste und hochempfindliche Messungen eingesetzt. Die Empfindlichkeit der photoelektrischen wie auch der thermischen S. wird durch das Verhältnis von erzeugter Signalspannung zu absorbierter Strahlungsleistung (V/W) definiert. Die Nachweisgrenze der Empfänger wird durch die rauschäquivalente Strahlungsleistung (Photoempfänger) gekennzeichnet.

Die bekannteste Methode des photochemischen Nachweises ist das photographische Verfahren (Photographie), das auf der Photolyse von Silbersalzen beruht. Der photographische S. eignet sich besonders für die Messung zweidimensionaler Intensitätsverteilungen, ist aber in seiner Anwendung auf den sichtbaren Spektralbereich und den Bereich noch kürzerer Wellenlängen beschränkt.

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