Навигация
Закони фотоелектронної емісії та характеристики фотокатода
31986
знаков
0
таблиц
13
изображений
1.2 Закони фотоелектронної емісії та характеристики фотокатода
Найпростішим електровакуумним приладом, що перетворить оптичний сигнал в електричний, є фотоелемент. Він має два електроди: фотокатод та анод. На анод подається постійна позитивна напруга щодо катода. Емітовані з фотокатода електрони рухаються до анода, створюючи в ланцюзі фотострум Iф.
Закони Столетова та Ейнштейна є основними для фотоелектронної емісії.
Закон Столетова: величина фотоструму прямо пропорційна світловому потоку, що падає на фотокатод, при незмінній спектральній составі світла:
Iф = SФ, (1.7)
де Ф – світловий потік у люменах;
S – коефіцієнт пропорційності, називаємий чутливістю фотокатода та вимірюваний в мікроамперах на люмен.
Закон Столетова ґрунтується на квантовій теорії: більший світловий потік несе в одиницю часу більше фотонів, отже, більше число електронів може за цей час поглинути по одному фотоні та вийти з фотокатода у вакуум. Цей закон відображається світловою характеристикою (рис. 1.1, а):
Рис. 1.1 – Світлова (а) та спектральні характеристики фотокатода (б, в)
Світлова характеристика – це залежність фотоструму від світлового потоку при постійній спектральній составі світла та незмінній анодній напрузі:
Iф = f(Ф) при Ua = const (1.8)
Вона являє собою пряму лінію, що виходить із початку координат; її нахил залежить від чутливості фотокатода.
Закон Ейнштейна: максимальна кінетична енергія електрона, що вилетів з фотокатода, лінійно зростає зі збільшенням частоти падаючого світла та не залежить від його інтенсивності.
Оскільки різниця енергії фотона та роботи виходу перетворюється в кінетичну енергію електрона, то закон Ейнштейна виражається рівнянням:
mv
\2 = Wкв – Wo, (1.9)
де mv\2 – кінетична енергія електрона.
Підставивши в рівняння Wкв та Wo, отримаємо:
mv\2= h – ejo (1.10)
Це рівняння визначає лінійну залежність кінетичної енергії електрона від частоти випромінювання ; інші його елементи – постійні для даної речовини.
Максимальною кінетичною енергією будуть володіти ті електрони, які всередині фотокатода мали максимальну внутрішню енергію Wi. При WKB = Wo кінетична енергія електрона, що вилетів, дорівнює нулю, а при Wкв < Wo фотоелектронна емісія неможлива.
Закону Ейнштейна підкоряється фотоелектронна емісія із чистих металів порівняно більшої товщини. Таку емісію називають нормальною. Однак ці фотокатоди не знайшли застосування через велику роботу виходу, при якій не можна одержати емісію при опроміненні їх видимою частиною спектра. У фотоелементах і фотопомножувачах використають складні тонкоплівкові катоди, наприклад сурм'яно-цезієві, що характеризуються виборчою фотоелектронною емісією. Вони мають максимальну чутливість до променів певної частини спектра.
Чутливість – основний параметр фотоелектронного приладу. Розрізняють інтегральну (світлову) і спектральну чутливість.
Інтегральна чутливість – це чутливість фотокатода до сумарного, не розкладеному в спектр, світловому потоку. Вона визначається як фотострум, викликуваний загальним світловим потоком в 1 люмен:
S = Iф\ Ф (1.11)
Для точного визначення інтегральної чутливості як джерело світла обраний стандартний випромінювач – електрична лампа розжарювання 100 Вт при температурі нитки 2850 К.
Інтегральну чутливість можна визначити по світловій характеристиці.
Спектральна чутливість – це чутливість фотокатода до монохроматичного світла. Вона визначається як фотострум, що приходить на 1 люмен світлового потоку даної довжини хвилі:
S
= Iф\Ф (1.12)
Спектральні властивості фотокатода визначають по спектральній характеристиці, що являє собою залежність спектральної чутливості від довжини хвилі випромінювання.
S = f (λ) при Ф = const (1.13)
При нормальній фотоелектронній емісії спектральна характеристика відображає закон Ейнштейна (рис 1.1, б): зі збільшенням λ, тобто зменшенням n, кінетична енергія та швидкість емітованних електронів зменшується, отже, зменшується фотострум і чутливість при Ф=const. Фотоелектронна емісія припиняється при λо відповідно порогу no.
При виборчий фотоелектронной емісії спектральна характеристика має максимум у певній частині спектра. На рис. 1.1, в наведена як приклад спектральна характеристика сурм'яно-цезієвого фотокатода, що використовується у фотопомножувачах. Цей катод найбільш чутливий до видимої частини спектра (від жовто-зелених до синьо-фіолетових променів); для нього λо = 0,7 мкм.
Похожие работы
... принтера також містить різні мови опису даних (Adobe PostScript, PCL і тощо.). Ці мови знову ж таки призначені для того, щоб забрати частину роботи у комп'ютера і передати її принтеру. Розглянемо фізичний принцип дії окремих компонентів лазерного принтера. 2.5.29 Фотобарабан Як вже писалося вище, найважливішим конструктивним елементом лазерного принтера є фотобарабан, що обертається, за ...
... по каналу зв'язку з використанням певного способу модуляції. На приймальній стороні ці сигнали перетворюються в елементи зображення і відтворюються на приймальному бланку у вигляді копії. Структурна схема системи факсимільного зв'язку показана на рис.1. Оригінал сканується світловою плямою необхідних розмірів. Пляма формується світлооптичною системою, яка містить джерело світла і оптичний пристр ...
... ї техніки супроводився подальшою розробкою і удосконаленням різних електровакуумних приладів, радіоламп і електронографічних приладів для осцилографів, радіолокації і телебачення. 3. Рентгенівська трубка Електричний струм у вакуумі застосовують для отримання рентгенівського проміння. Рентгенівське проміння випускається будь-якою речовиною, яка бомбардується швидкими електронами. Для ...
... і ключі реалізовані із зворотними зв’язками на діодах Шоткі. Це дозволило значно підвищити швидкодію схем і є зараз основою надвеликих інтегральних схем, які в свою чергу є базою всієї комп'ютерної електроніки. Окрім цього використовуються елементи емітерно-зв’язної логіки (ЕЗЛ) (на основі диференційних каскадів струмових ключів), n-, p- МОН логіка (на польових транзисторах) та комплементарна ...
0 комментариев