Фотодетекторы.

Фотодетекторы бывают двух видов: с внешним фотоэффектом и с внутренним фотоэффектом.

Внешний фотоэффект возникает под воздействием фотонов, падающих на материал, из которого вырываются свободные электроны.

hν

Количество энергииhνдля каждого материала свое.

Энергия фотона: Е= hν (чем больше частота, тем больше эффективность воздействия света определенной частоты на материал). У каждого материала существует красноволновая граница.

Для создания стандартного фотоэлемента с внешним фотоэффектом используют эффект облака вокруг материала, для этого материал помещают в прозрачную колбу:

Основные характеристики фотодетекторов:

1. квантовая эффективность – какое количество электронов вырывается на единицу падающего фотона.

2. спектральная характеристика, которая характеризует зависимость тока от частоты, она имеет произвольный характер.

3. максимальная эффективность.

4. темновой ток – всевозможные помехи => нужно выбирать материал с наименьшим темновым потоком.

5. номинальное рабочее напряжение: при прикладывании напряжения (даже без света или с маленьким потоком света), при данной квантовой эффективности вырывается определенное количество электронов, образуя облако.

Внутренний фотоэффект - возникает в некоторых материалах (в основном в полупроводниках), если их освещать, то связанные электроны вырываются из кристаллических решеток, становятся свободными и перемещаются по решетке.

Если этот полупроводник замкнуть, то возникает потенциальный источник энергии, т.е. появляется ток.

Е- энергия, нужная для вырывания электрона из материала. Наличие свободных электронов наЕозначает, что у материала есть некий потенциал.

Фоторезисторы.

Если меняется сопротивлениеR,

то изменяется и ток I.

Для создания фоторезисторов используется p-n-соединение (полупроводник) – фотодиод.

Основные характеристики фоторезисторов:

1. рабочее напряжение.

2. темновой ток.

3. спектральная чувствительность (зависит от запрещенной зоны).

Наибольшая эффективность достигается фотодиодами p-n-структуры.

Фотоумножители.

С целью улучшения характеристик используются фотоумножители. Это аналогичные приборы с внешним фотоэффектом, изготавливаемые по определенной схеме:

Под воздействием hν возникает вторичная эмиссия – под действием ускоренных электронов выбиваются дополнительные электроны. Их гораздо больше, чем первичных электронов. Ставят еще один анод, но его потенциал больше, чем у первого анода, затем ставят следующий анод и т.д. Выбиваетсяп-ое количество каскадов. Поле постепенно увеличивается. К анодам подается напряжение, ставится прибор, измеряющий ток.

Эти аноды также называют динодами. Необходимо использовать системы разделения. Такая схема позволяет создавать более чувствительные приборы. Она называется фотоэлектронным умножителем. (ФЭУ)Схема позволяет измерять единичные фотоны. Быстродействие очень высокое: 10-100 МГц.

Кроме этого были разработаны другие приборы – фотоумножители со скрещенными электромагнитными полями.

hν

Е

Прикладывается переменное или постоянное электрическое поле. Направляется hν и магнитное полеН. Ставится фотоприемник. Для нормальной работы нужно поддерживать стабильное напряжение.

Фотоумножители бывают отражательными и пролетными.

П

ē

ролетный фотоумножитель: