Большая Советская Энциклопедия (ФО)

Радиолокационная (радарная) аэросъёмка относится к числу активных Ф. а. и предназначена для регистрации отражённых наземными объектами электромагнитных волн радиодиапазона (от нескольких мм до нескольких м ), источником излучения и приёмником которых служит установленная на носителе радиолокационная система. В картографии наибольшее применение находит радиолокационная станция бокового обзора, работающая в интервале волн 1–3 см. Сканирование ведётся с помощью особого антенного устройства и обеспечивает получение изображения местности в виде двух широких полос, параллельных линии полёта. Преобладающие масштабы радиолокационных аэроснимков (см. вклейку к ст. Аэроснимок ) 1: 60 000 – 1: 400 000. Наибольшее разрешение деталей на местности 3–5 м. Характер воспроизведения на этих аэроснимках наземных объектов определяется и различной интенсивностью отражения ими радиоволн, которая в свою очередь зависит от свойств и формы объектов, крутизны и направления склонов рельефа. Изменяя, с учётом этих особенностей, основные параметры станций (длину волн, частоту и форму импульсов), добиваются требующегося разделения на аэроснимках изображений изучаемых объектов. Радиолокационная Ф. а. может выполняться вне зависимости от времени суток и состояния атмосферы, т. е. является всепогодной. Благодаря способности радиоволн проникать на десятки см в земную поверхность основная сфера её применения – геологическая разведка и изучение льдов. Особенно существенно, что при этой аэросъёмке, по сравнению с обычной фотографической, обеспечивается значительно лучшая дешифрируемость разрывных тектонических нарушений, характера горных пород под растительностью, снегом и поверхностными наносами, механического состава (в особенности размеров частиц) последних и наличия примесей металлов, структуры ледовых образований, трещин и русел талых вод в толще льда. На радиолокационных аэроснимках чётче воспроизводятся наземные объекты, приуроченные к глубоко затенённым участкам. Поскольку по этим снимкам может быть построена стереоскопическая модель местности (с точностью определения высот до 15 м ), они используются при изучении некоторых труднодоступных районов (полярные пустыни, экваториальные джунгли с постоянной облачностью и др.) для создания топографических карт обзорного характера.

Лит.: Смирнов Л. Е., Аэрокосмические методы географических исследований, Л., 1975: Харин Н. Г., Дистанционные методы изучения растительности, М., 1975; Богомолов Л, А., Дешифрирование аэроснимков, М., 1976; Применение новых видов аэросъемок при геологических исследованиях, Л., 1976; Многозональная аэрокосмическая съемка и ее использование при изучении природных ресурсов, М., 1976; Remote sensing. Techniques for environmental analysis, Santa Barbara, 1974; Manual of Remote sensing, t. 1–2, Waschington, 1975. См. также лит. к статье Космическая съёмка .

Л. М. Гольдман.

Фотоэлектронная спектроскопия

Фотоэлектро'нная спектроскопи'я, метод изучения строения вещества, основанный на измерении энергетических спектров электронов, вылетающих при фотоэлектронной эмиссии. Согласно закону Эйнштейна, сумма энергии связи вылетающего электрона (работы выхода ) и его кинетическая энергии равна энергии падающего фотона h n (h – Планка постоянная , n – частота падающего излучения). По спектру электронов можно определить энергии связи электронов и их уровни энергии в исследуемом веществе.

В Ф. с. применяются монохроматическое рентгеновское или ультрафиолетовое излучения с энергией фотонов от десятков тысяч до десятков эв (что соответствует длинам волн излучения от десятых долей

 до сотен

). Спектр фотоэлектронов исследуют при помощи электронных спектрометров высокого разрешения (достигнуто разрешение до десятых долей эв в рентгеновской области и до сотых долей эв в ультрафиолетовой области).

Метод Ф. с. применим к веществу в газообразном, жидком и твёрдом состояниях и позволяет исследовать как внешние, так и внутренние электронные оболочки атомов и молекул, уровни энергии электронов в твёрдом теле (в частности, распределение электронов в зоне проводимости). Для молекул энергии связи электронов во внутренних оболочках образующих их атомов зависят от типа химической связи (химические сдвиги), поэтому Ф. с. успешно применяется в аналитической химии для определения состава вещества и в физической химии для исследования химической связи. В химии метод Ф. с. известен под название ЭСХА – электронная спектроскопия для химического анализа (ESCA – electronic spectroscopy for chemical analysis).

Лит.: Вилесов Ф. И., Курбатов Б. Л., Теренин А. Н., «Докл. АН СССР», 1961, т. 138, с. 1329–32; Электронная спектроскопия, пер. с англ., М., 1971.

М. А. Ельяшевич.

Фотоэлектронная эмиссия

Фотоэлектро'нная эми'ссия, внешний фотоэффект, испускание электронов твёрдыми телами и жидкостями под действием электромагнитного излучения (фотонов) в вакуум или др. среды. Практическое значение в большинстве случаев имеет Ф. э. из твёрдых тел (металлов, полупроводников, диэлектриков) в вакуум. Основные закономерности Ф. э. состоят в следующем: 1) количество испускаемых электронов пропорционально интенсивности излучения; 2) для каждого вещества при определенном состоянии его поверхности и температуре Т ® 0 К существует порог – минимальная частота w _{(или максимальная длина волны l ) излучения, за которой Ф. э. не возникает; 3) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой излучения и не зависит от его интенсивности.}

Ф. э. – результат 3 последовательных процессов: поглощения фотона и появления электрона с высокой (по сравнению со средней) энергией; движения этого электрона к поверхности, при котором часть энергии может рассеяться; выхода электрона в др. среду через поверхность раздела. Количественной характеристикой Ф. э. является квантовый выход Y – число вылетевших электронов, приходящееся на 1 фотон излучения, падающего на поверхность тела. Величина Y зависит от свойств тела, состояния его поверхности и энергии фотонов.

Ф. э. из металлов возникает, если энергия фотона

(

– Планка постоянная , w – частота излучения) превышает работу выхода металла е j. Последняя для чистых поверхностей металлов > 2 эв (а для большинства из них > 3 эв ), поэтому Ф. э. из металлов (если работа выхода не снижена специальным покрытием поверхности) может наблюдаться в видимой и ультрафиолетовой (для щелочных металлов и бария) или только в ультрафиолетовой (для всех др. металлов) областях спектра. Вблизи порога Ф. э. для большинства металлов Y ~ 10^{– 4} электрон/фотон. Малая величина Y обусловлена тем, что поверхности металлов сильно отражают видимое и ближнее ультрафиолетовое излучение (коэффициент отражения R > 90%), так что в металл проникает лишь малая доля падающего на него излучения. Кроме того, фотоэлектроны при движении к поверхности сильно взаимодействуют с электронами проводимости, которых в металле много (~ 10²²см^{– 3} ), и быстро рассеивают энергию, полученную от излучения. Энергию, достаточную для совершения работы выхода, сохраняют только те фотоэлектроны, которые образовались вблизи поверхности на глубине, не превышающей несколько нм (рис. , а). Менее «энергичные» фотоэлектроны могут пройти без потерь энергии в десятки раз больший путь в металле, но их энергия недостаточна для преодоления поверхностного потенциального барьера и выхода в вакуум.

С увеличением энергии

фотонов Y металлов возрастает сначала медленно. При

  = 12 эв Y чистых металлических плёнок (полученных испарением металла в высоком вакууме) составляет для Al 0,04, для Bi – 0,015 электрон/фотон. При

 > 15 эвR резко падает (до 5%), a Y увеличивается и у некоторых металлов (Pt, W, Sn, Ta, In, Be, Bi) достигает 0,1–0,2 электрон/фотон. Случайные загрязнения могут сильно снизить j, вследствие чего порог Ф. э. сдвигается в сторону более длинных волн, и Y в этой области может сильно возрасти. Резкого увеличения Y и сдвига порога Ф. э. металлов в видимую область спектра достигают, покрывая чистую поверхность металла моноатомным слоем электроположительных (см. Ионизация ) атомов или молекул (Cs, Rb, Cs₂ O), образующих на поверхности дипольный электрический слой. Например, слой Cs снижает (и соответственно сдвигает порог Ф. э.: для W – от 5,05 до 1,7 эв , для Ag – от 4,62 до 1,65 эв, для Cu – от 4,52 до 1,55 эв, для Ni – от 4,74 до 1,42 эв .

Ф. э. из полупроводников и диэлектриков. В полупроводниках и диэлектриках сильное поглощение электромагнитного излучения начинается от энергий фотонов

, равных ширине запрещенной зоны DE (для прямых оптических переходов). При

 » DEпоглощения показатель К » 10⁴см^{– 1} и с увеличением (возрастает до 10⁵см^{– 1}. Порог Ф. э.

, где c – сродство к электрону , т. е. высота потенциального барьера для электронов проводимости (рис. , б). В несильно легированных полупроводниках электронов проводимости мало, поэтому здесь, в отличие от металлов, рассеяние энергии фотоэлектронов на электронах проводимости роли не играет. В этих материалах фотоэлектрон теряет энергию при взаимодействии с электронами валентной зоны (ударная ионизация) или с тепловыми колебаниями кристаллической решётки (рождение фононов ). Скорость рассеяния энергии и глубина, из которой фотоэлектроны могут выйти в вакуум, зависят от величины c и от соотношения c и DE . Если c > 2 DE , то фотоэлектрон с начальной кинетической энергией ³ c рождает электронно-дырочную пару. Длина пробега на рассеяние энергии в таком акте (1–2 нм ) во много раз меньше глубины проникновения излучения в кристалл (0,1–1 мкм ). Т. о., в этом случае подавляющая часть фотоэлектронов по пути к поверхности теряет энергию и не выходит в вакуум. Такая картина имеет место в Si (DE = 1,1 эв, c = 4,05 эв ); в Ge (DE = 0,7 эв, c = 4,2 эе); в GaAs (DE = 1,4 эв, c = 4,07 эв ) и др. полупроводниках. В этих материалах вблизи порога Ф. э. Y ~ 10 ^{– 6} электрон/фотон и даже на относительно большом расстоянии от порога (при

 =

 + 1 эв ) всё ещё не превышает 10^{– 4} электрон/фотон. Если c < DE , но больше энергии оптического фонона (10^{– 2}эв ), то фотоэлектроны теряют энергию при рождении оптических фононов. При таком механизме потерь энергия фотоэлектронов рассеивается в полупроводниках на длине пробега всего 10–30 нм. Поэтому, если снизить (полупроводника, например от 4 до 1 эв, Ф. э. вблизи порога остаётся малой. В кристаллах щёлочно-галоидных соединений длина пробега больше 50–100 нм,

невелико, поэтому Y таких кристаллов резко возрастает от самого порога Ф. э. и достигает высоких значений. Так, в CsJ DE = 6,4 эв, c = 0,1 эв и уже при

 = 7 эв (т. е. всего на 0,6 эв от порога), Y = 0,1 электрон/фотон и практически не изменяется при увеличении

.

Применение. Из-за больших DE порог Ф. э. для щёлочно-галоидных кристаллов лежит в ультрафиолетовой области спектра, для которой они (в виде тонкой плёнки на проводящей подложке) являются хорошими фотокатодами . Для большинства технических применений важны также материалы, обладающие высоким Y для видимого и ближнего инфракрасного излучений при малых DE и c. Наиболее распространены (и технически хорошо освоены) в качестве фотокатодов полупроводниковые материалы на основе элементов I и V групп периодической системы элементов, часто в сочетании с кислородом (Cs₃ Sb, Na₂ KSb и др.). У них DE < 2 эв , c < 2 эв и Y в видимой области спектра достигает величины ~ 0,1 электрон/фотон.