detektory optického záření
DESCRIPTION
Detektory optického záření. s nepřímou přeměnou. s přímou přeměnou. FOTON. tepelná energie. chemická energie. změna el. veličin. mechanická energie. změna potenciálu. termokonduktivní jev (bolometry). změna geom. rozměrů. Golayův detektor. termoelektrický jev (termočlánky). - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/1.jpg)
Detektory optického záření
s přímou přeměnou s nepřímou přeměnou
![Page 2: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/2.jpg)
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)
![Page 3: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/3.jpg)
Golayův detektorGolayův detektor
![Page 4: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/4.jpg)
bolometrybolometry
![Page 5: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/5.jpg)
termočlánkytermočlánky
![Page 6: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/6.jpg)
Pyroelektrický detektorPyroelektrický detektor
Detektor v rovnováze
![Page 7: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/7.jpg)
Snížení pevného náboje zvýšením teplotyPřebytek volného náboje – vznik napětí
![Page 8: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/8.jpg)
Zacloněním návrat k původní teplotě a tím i původní hodnotě polarizace - obnovení nábojové rovnováhy,
pevný náboj je plně kompenzován nábojem pohyblivým – nulové napětí
![Page 9: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/9.jpg)
Optická propustnost materiálu vstupního okénka
![Page 10: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/10.jpg)
spektra absorpčních černí na povrchu detektoru
![Page 11: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/11.jpg)
Pyroelektrický detektorrealizace
![Page 12: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/13.jpg)
fotonásobičefotonásobiče
![Page 14: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/14.jpg)
fotokatodyfotokatody
Klasická fotokatoda Fotokatoda NEANegativní elektronová afinita
![Page 15: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/15.jpg)
Kruhové uspořádání dynod
![Page 16: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/16.jpg)
Dynodový násobící systém – zesilovač se šumovým číslem F1
![Page 17: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/17.jpg)
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
![Page 18: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/18.jpg)
Napájení elektrod fotonásobiče
![Page 19: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/19.jpg)
Vlastnosti fotonásobičůVlastnosti fotonásobičů
Relativní změna citlivosti fotonásobiče po zapnutí
![Page 20: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/20.jpg)
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
![Page 21: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/21.jpg)
fotorezistoryfotorezistory
Vdt
G nn
p
n
2
penepqnq
kTWhi
σ=
khc
TaWhc
i
![Page 22: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/22.jpg)
chlazení
Peltierův článek - baterie Kapalný dusík
![Page 23: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/23.jpg)
Chlazená clona zvýší citlivost detektoru až 100x- eliminace tepelného záření okolí
![Page 24: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/24.jpg)
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
![Page 25: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/25.jpg)
Difúzní a driftové oblasti ve struktuře fotodiody
![Page 26: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/26.jpg)
Vliv geometrie struktury fotodiody na spektrální charakteristiku
![Page 27: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/27.jpg)
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
![Page 28: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/28.jpg)
časové konstanty fotodiody Si v závislosti na vlnové délce
![Page 29: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/29.jpg)
Zmenšení hodnoty časové konstanty RC snižováním odporu difúzních oblastí
![Page 30: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/30.jpg)
Dynamické vlastnosti fotodiody vliv odporu difúzních oblastí
![Page 31: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/31.jpg)
Lavinová fotodiodaLavinová fotodioda
![Page 32: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/32.jpg)
Homogenizace elektrického pole v oblasti lavinového násobení
![Page 33: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/33.jpg)
Kvalitu LFD lze posoudit mapováním průběhu citlivosti po ploše diody. V místech lokálního zvýšení citlivosti hrozí nebezpečí
vzniku mikroplazmat výrazně zhoršujících šumové číslo LFD
![Page 34: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/34.jpg)
Závislost ionizačních koeficientů pro elektrony a díry v závislosti na převrácené hodnotě E
pro křemík pro germanium
![Page 35: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/35.jpg)
stejná pravděpodobnost pro ionizaci elektrony i děrami
pravděpodobnost ionizace
děrami je zanedbatelná
![Page 36: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/36.jpg)
Vliv poměru ionizačních koeficientů na dynamické vlastnosti LFD – zhoršení oproti fotodiodě PIN
r je driftová časová konstanta odpovídající ekvivalentní
fotodiodě PIN
![Page 37: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/37.jpg)
šumové číslo LFD F=Mx v závislosti na poměru ionizačních koeficientů
k=a na nastaveném zisku M
![Page 38: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/38.jpg)
LFD jako „pevnolátkový fotonásobič“
![Page 39: Detektory optického záření](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061605/56813478550346895d9b586a/html5/thumbnails/39.jpg)
Stabilizace zisku M lavinové fotodiody. Teplotní závislost zisku je kompenzována změnou napětí
( M s teplotou klesá s napětím roste)