Мundarija kirish I. Bob. Tashqi fotoeffekt

Fotoelektrik effekt hodisasini qo'llash
Hozirgi vaqtda tashqi va ichki fotoelektr effekti asosida yorug'lik signalini elektr va kombinatsiyalangan signalga aylantiradigan son-sanoqsiz radiatsiya qabul qiluvchilar qurilmoqda. umumiy ism – fotoelementlar. Ular muhandislikda keng qo'llaniladi va ilmiy tadqiqot. Turli xil ob'ektiv optik o'lchovlarni bizning davrimizda u yoki bu turdagi fotosellardan foydalanmasdan tasavvur qilib bo'lmaydi. Spektrning eng keng diapazonida zamonaviy fotometriya, spektrometriya va spektrofotometriya, moddaning spektral tahlili, kuzatilgan juda zaif yorug'lik oqimlarini ob'ektiv o'lchash, masalan, spektrlarni o'rganishda Ramanning tarqalishi yorug'lik, astrofizika, biologiya va boshqalarda fotoelementlarsiz tasavvur qilish qiyin; infraqizil spektrlarni ro'yxatga olish ko'pincha spektrning uzun to'lqinli mintaqasi uchun maxsus fotosellar tomonidan amalga oshiriladi. Fotoelementlar texnologiyada juda keng qo'llaniladi: ishlab chiqarish jarayonlarini boshqarish va boshqarish, tasvirni uzatish va televideniedan lazerlarda optik aloqa va kosmik texnologiyalargacha bo'lgan turli xil aloqa tizimlari zamonaviy sanoat va aloqa sohasidagi eng xilma-xil texnik masalalarning to'liq ro'yxatidan uzoqdir. Fotoelementlarning yaratilish tarixi 130 yildan ortiq. Ichki fotoelektr effektiga asoslangan va fotoo'tkazuvchanlik hodisasidan foydalangan holda birinchi fotoelektrik hujayra 1875 yilda qurilgan. vakuumli fotosel, tashqi fotoelektr effektiga asoslangan, 1889 yilda qurilgan. sanoat ishlab chiqarish Rossiyada vakuum fotosellari P.V. Timofeev 1930-yilda. Shunisi qiziqki, tashqi fotoelektr effektidan foydalanadigan fotoelementlar avvalroq keng ishlab chiqilgan, garchi ichki fotoelektr effekti kamida 50 yil avval kashf etilgan. Faqat bizning asrimizning 40-yillarida yarimo'tkazgichlar fizikasining jadal rivojlanishi va ichki fotoelektr effektini batafsil o'rganish tufayli yarim o'tkazgich materiallari asosida yangi fotoelementlar yaratila boshlandi. Fotoelementlar yordamida hal qilinadigan vazifalarning xilma-xilligi turli xil texnik xususiyatlarga ega bo'lgan juda ko'p turdagi fotoelementlarning paydo bo'lishiga olib keldi. Har bir aniq vazifani hal qilish uchun fotoelementlarning optimal turini tanlash ushbu xususiyatlarni bilishga asoslanadi. Tashqi fotoelektr effektli fotoelementlar (vakuumli fotoelementlar) uchun quyidagi xususiyatlarni bilish talab qilinadi: spektrning ishchi hududi; spektral sezgirlikning nisbiy xarakteristikasi (u monoxromatik yoritishda spektral sezgirlikning ushbu xarakteristikaning maksimal darajasidagi sezgirligiga nisbati o'lchovsiz qiymatining tushayotgan yorug'lik to'lqin uzunligiga bog'liqligi sifatida tuzilgan); integral sezuvchanlik (fotoelement standart yorug'lik manbai bilan yoritilganda aniqlanadi); kvant rentabelligi qiymati (chiqarilgan fotoelektronlar sonining fotokatodga tushgan fotonlar soniga nisbati); inersiya (vakuumli fotoelementlar uchun odatda elektronlarning fotokatoddan anodga uchish vaqti orqali aniqlanadi). Muhim parametr, shuningdek, fotoelementning qorong'i oqimi bo'lib, u xona haroratida fotokatodning termal emissiyasi va qochqin oqimining yig'indisidir.
Fotokatodning materialiga va fotoselli lampochkaning materialiga qarab, ular 0,2 - 1,1 mkm oralig'ida ishlatilishi mumkin. Ularning integral sezuvchanligi 1 lm yorug'lik oqimi uchun 20 -100 mkA, issiqlik emissiyasi esa - ichida. Vakuumli fotoelementlarning juda muhim afzalligi ularning yuqori doimiyligi va yorug'lik oqimining fototok bilan bog'lanishining chiziqliligidir. Shuning uchun uzoq vaqt davomida ular asosan ob'ektiv fotometriya, spektrometriya, spektrofotometriya va spektrning ko'rinadigan ultrabinafsha mintaqasida spektral tahlilda qo'llanilgan. Yorug'lik o'lchovlari uchun vakuumli fotosellarning asosiy kamchiliklari ushbu yorug'lik qabul qiluvchilar tomonidan ishlab chiqarilgan elektr signallarining kichikligi hisobga olinishi kerak. Oxirgi kamchilik fotoko'paytiruvchi naychalarda (PMT) butunlay yo'q qilinadi, bu xuddi fotosellarning rivojlanishini anglatadi. PMTlar birinchi marta 1934 yilda qurilgan.


3-rasm
Fotoko'paytiruvchi qurilmaning sxemasi. PMT ning ishlash prinsipini 3-rasmda ko‘rish mumkin. elektr maydoni, tezlashtirilgan va birinchi oraliq elektrodga tushadi. Unga tushib, fotoelektronlar ikkilamchi elektronlarning emissiyasini keltirib chiqaradi va ma'lum sharoitlarda bu ikkilamchi emissiya fotoelektronlarning dastlabki oqimidan bir necha marta oshib ketishi mumkin. Elektrodlarning konfiguratsiyasi shundayki, fotoelektronlarning ko'p qismi elektrodga, ikkilamchi elektronlarning ko'p qismi esa keyingi elektrodga tushadi, bu erda ko'payish jarayoni takrorlanadi va hokazo.anod. Bunday tizimlarning umumiy daromadi ga etadi va PMT ning integral sezgirligi har bir lümen uchun minglab amperga etadi. Bu, albatta, katta oqimlarni olish imkoniyatini anglatmaydi, faqat kichik yorug'lik oqimlarini o'lchash imkoniyatini ko'rsatadi. Shubhasiz, vakuumli fotoelementlar bilan bir xil texnik xususiyatlar, shuningdek, daromad va uning ta'minot kuchlanishiga bog'liqligi PMTni to'liq tavsiflaydi. Hozirgi vaqtda ikkinchisi hamma joyda vakuumli fotoelementlarni almashtirmoqda. PMTlarning kamchiliklari orasida yuqori kuchlanishli va barqarorlashtirilgan elektr ta'minotidan foydalanish zarurati, sezgirlik barqarorligi biroz yomonroq va yuqori shovqin mavjud. Biroq, fotokatodlarni sovutishni qo'llash va chiqish oqimini emas, balki har biri bitta fotoelektronga to'g'ri keladigan impulslar sonini o'lchash orqali bu kamchiliklarni katta darajada bostirish mumkin. Tashqi fotoelektr effektidan foydalanadigan barcha yorug'lik qabul qiluvchilarning katta afzalligi shundaki, yuk o'zgarganda ularning fototoklari o'zgarmaydi. Bu shuni anglatadiki, fototokning past qiymatlarida deyarli o'zboshimchalik bilan katta yuk qarshiligini qo'llash mumkin va shu bilan u bo'ylab yozib olish va kuchaytirish uchun qulay bo'lgan kuchlanish pasayishiga erishish mumkin. Boshqa tomondan, qarshilikni sig'im bilan almashtirib, ushbu sig'imdagi kuchlanishni o'lchash orqali ma'lum vaqt oralig'ida yorug'lik oqimining o'rtacha qiymatiga mutanosib qiymatni olish mumkin. Ikkinchisi beqaror yorug'likdan yorug'lik oqimini o'lchash zarur bo'lgan hollarda juda muhimdir - bu spektral tahlil o'lchovlari uchun xos bo'lgan vaziyat.Spektrning infraqizil hududida spektrometriyani vakuumli fotoelementlar va fotoko'paytirgichlar yordamida amalga oshirib bo'lmaydi, chunki zamonaviy fotokatodlarning qizil chegarasi 1100 nm dan oshmaydi. Biroq, 3-4 mkm gacha oldinga siljish imkonini beradigan materiallar allaqachon ma'lum. Shuning uchun infraqizil mintaqada ichki fotoelektrik effekt asosida ishlaydigan fotoelementlar qo'llaniladi. Bularga InSb, PbSe va PbS asosidagi sovutilmagan fotorezistorlar kiradi, ular 6 mkm gacha ishlatilishi mumkin va 40 mkm gacha bo'lgan oltin, rux, mis va boshqa metallar bilan qo'shilgan germaniy asosidagi chuqur sovutilgan fotorezistorlar. Spektrning uzunroq to'lqin uzunligi hududida o'lchovlar uchun termal qabul qiluvchilar qo'llaniladi; ikkinchisi ularning o'tkazuvchanligini o'zgartiradi yoki ularda emf hosil bo'ladi. tushgan nurlanish bilan qizdirilganda.
Yarimo'tkazgichli fotoelementlar elektr signali kattaligining yorug'likka bog'liqligining qat'iy chiziqliligi bilan tavsiflanmaydi. Ushbu kamchilik, shuningdek, fotoelementning sezgirligining o'zgaruvchanligi, uning quvvat manbaining beqarorligi va o'lchash pallasining kuchayishining siljishi ikki nurli tizim yordamida yo'q qilinadi, bunda mutlaq qiymat emas. yutuvchi modda orqali o'tadigan yorug'likning intensivligi o'lchanadi, lekin uning shaffof manba yorug'ligining intensivligiga nisbati. Haddan tashqari katta raqamlar Fotosellardan foydalanilgan hollarda ularning o'lchash xususiyatlariga qat'iy talablar qo'yilmaydi. Shu sababli, ichki fotoelektrik effekt asosida ishlaydigan fotoelementlar kichik o'lchamlari, past kuchlanish kuchlanishlari va bir qator dizayn afzalliklari tufayli avtomatik tizimlar, boshqaruv tizimlari, quyosh energiyasini konversiyalash, ishlab chiqarishni boshqarish va boshqalar uchun keng qo'llaniladi. bu fotoelementlarning nisbatan past inertial xossalari ulardan foydalanishga xalaqit beradigan holatlar uchun..