Download - Detektory optického záření
Detektory optického záření
s přímou přeměnou s nepřímou přeměnou
FOTON
tepelná energiechemická energie
změna el. veličin změna potenciálu
mechanickáenergie
změna geom.rozměrů
termokonduktivní jev
(bolometry)
termoelektrický jev(termočlánky)
Golayův detektor
pyroelektrický jev(pyroel. detektory)
termokapacitní jev(dielektrické detektory)
Golayův detektorGolayův detektor
bolometrybolometry
termočlánkytermočlánky
Pyroelektrický detektorPyroelektrický detektor
Detektor v rovnováze
Snížení pevného náboje zvýšením teplotyPřebytek volného náboje – vznik napětí
Zacloněním návrat k původní teplotě a tím i původní hodnotě polarizace - obnovení nábojové rovnováhy,
pevný náboj je plně kompenzován nábojem pohyblivým – nulové napětí
Optická propustnost materiálu vstupního okénka
spektra absorpčních černí na povrchu detektoru
Pyroelektrický detektorrealizace
Fotoelektrický jevvnější
(fotokatodafotoemitér)
vnitřní
fotovodivost (kontaktní nebo mikrovlnné koncepce)
hustota nosičů (extrinsické a intrinsické fotoodpory)
pohyblivostabsorpcí
tlakem („fotonový vítr“)fotonapěťový jev
PN přechodSchottky přechod
objemovéjevy
fotoelektromagnetický jev
fotonásobičefotonásobiče
fotokatodyfotokatody
Klasická fotokatoda Fotokatoda NEANegativní elektronová afinita
Kruhové uspořádání dynod
Dynodový násobící systém – zesilovač se šumovým číslem F1
Závislost koeficientu sekundární emise na energii primárních elektronů
Termoemisní proudy fotokatodv závislosti na teplotě: 1-AgOCs (S1), 2- SbCsO (S11), 3 – SbNaKCs (S20), 4- SbKCs, 5-SbNaK
Napájení elektrod fotonásobiče
Vlastnosti fotonásobičůVlastnosti fotonásobičů
Relativní změna citlivosti fotonásobiče po zapnutí
Časový průběh únavy fotonásobiče – 22 dní přerušovaného měřeníCitlivost poklesla na 40% !
U - průběh napětí na fotonásobiči – cykly měřeníA – citlivost pro osvětlovanou část fotokatody B – citlivost pro neosvětlovanou část fotokatody
fotorezistoryfotorezistory
Vdt
G nn
p
n
2
penepqnq
kTWhi
σ=
khc
TaWhc
i
chlazení
Peltierův článek - baterie Kapalný dusík
Chlazená clona zvýší citlivost detektoru až 100x- eliminace tepelného záření okolí
fotodiodyfotodiody
PN fotodioda s přechodem PNPN fotodioda s přechodem PN PIN fotodioda se strukturou PINPIN fotodioda se strukturou PIN LFD (APD) lavinová fotodiodaLFD (APD) lavinová fotodioda MS fotodioda s přechodem kov-polovodič MS fotodioda s přechodem kov-polovodič
Schotkyho fotodiodaSchotkyho fotodioda
Difúzní a driftové oblasti ve struktuře fotodiody
Vliv geometrie struktury fotodiody na spektrální charakteristiku
Dynamické vlastnosti fotodiodyDynamické vlastnosti fotodiody
WWr r – šířka driftové oblasti
Wd – šířka difúzní oblasti
d - difúzní časová konstanta
r - driftová časová konstanta
RC- časová konstanta RC –
vliv sériových odporů
difúzních oblastí a barie-
rové kapacity přechodu
časové konstanty fotodiody Si v závislosti na vlnové délce
Zmenšení hodnoty časové konstanty RC snižováním odporu difúzních oblastí
Dynamické vlastnosti fotodiody vliv odporu difúzních oblastí
Lavinová fotodiodaLavinová fotodioda
Homogenizace elektrického pole v oblasti lavinového násobení
Kvalitu LFD lze posoudit mapováním průběhu citlivosti po ploše diody. V místech lokálního zvýšení citlivosti hrozí nebezpečí
vzniku mikroplazmat výrazně zhoršujících šumové číslo LFD
Závislost ionizačních koeficientů pro elektrony a díry v závislosti na převrácené hodnotě E
pro křemík pro germanium
stejná pravděpodobnost pro ionizaci elektrony i děrami
pravděpodobnost ionizace
děrami je zanedbatelná
Vliv poměru ionizačních koeficientů na dynamické vlastnosti LFD – zhoršení oproti fotodiodě PIN
r je driftová časová konstanta odpovídající ekvivalentní
fotodiodě PIN
šumové číslo LFD F=Mx v závislosti na poměru ionizačních koeficientů
k=a na nastaveném zisku M
LFD jako „pevnolátkový fotonásobič“
Stabilizace zisku M lavinové fotodiody. Teplotní závislost zisku je kompenzována změnou napětí
( M s teplotou klesá s napětím roste)