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)