pentru măsurarea unor parametri fizici: temperatura, vâscozitatea şi umiditatea.
Configuraţiile cele mai folosite sunt cele din fig.
Se bazează pe dependenţa de timpul de stingere a impulsului de RO emis de materialul fluorescent.
Senzori optici activi (SOA)
SOA, denumiţi şi fotodetectoare, transformă intensitatea RO (flux sau putere optică) modificate de mărimea de măsurat în SOP, într-un parametru electric (tensiune, curent, sarcină, rezistenţă sau capacitate).
După modul cum se face absorbţia RO şi transformarea ei în alte forme de energie, SOA se împart în două grupe:
- electronici (cuantici) - absorbţia RO determină excitarea electronilor pe nivele energetice superioare şi
Sunt selective, răspund doar la fotonii a căror energie minimă depăşeşte energia de prag dată de lărgimea benzii interzise a semiconductorului.
La baza funcţionării fotodetectoarelor electronice stă efectul fotoelectric.
Dacă în urma absorbţiei, RO determină ieşirea electronilor din solid şi formarea unui flux de electroni între catod şi anod, atunci apare efectul fotoelectric extern.
Dacă RO determină trecerea electronilor din stările legate în stările libere, avem efect fotoelectric intern.
O formă a efectului fotoelectric intern este apariţia purtătorilor de sarcină şi creşterea conductivităţii electrice.
In semiconductoarele cu neomogenităţi (contact metal-semiconductor, joncţiune p-n) se separă purtătorii de sarcină şi apare o tensiune fotoelectromotoare (efect fotovoltaic).
Nu sunt selective deoarece energia absorbită este transformată în energie termică. Utilizează proprietăţile ale solidelor ce se modifică la creşterea temperaturii în urma absorbţiei RO.
Au viteză de răspuns mult mai mică decât fotodetectoarete electronice.
Fiecare din cele două tipuri de fotodetectoare se clasifică în
parametrice (sau modulatoare) şi
energetice (generatoare), după cum RO duce la modificarea unui parametru electric (rezistenţă, capacitate) sau generarea unei tensiuni, curent sau sarcini electrice.
Fotodetectoare electronice
Fotodiode
1. Fotodiode p-n (planare)
Cele mai răspândite sunt din Si pur, cu un singur substrat cristalin. Puritatea Si depinde de rezistivitate (10 cm ... 10 kcm).
Parametrii fotodiodelor p – n:
Parametrii fotodiodelor p – n:
- Responsivitatea - raportul dintre fotocurentul de ieşire şi puterea radiantă incidentă;
- Eficienţa cuantică - capacitatea fotodiodei de a converti energia RO în energie electrică;
- Puterea echivalentă de zgomot - puterea optică incidentă minimă necesară unei fotodiode pentru a genera un fotocurent egal cu curentul de zgomot total al fotodiodei (raportul între curentul de zgomot şi responsivitate). Puterea echivalentă de zgomot depinde de lăţimea benzii de frecvenţă a sistemului de măsurare.
- Timpul de creştere - măsura vitezei de răspuns a fotodiodei la un impuls dreptunghiular de RO (timpul necesar fotodiodei să crească nivelul de ieşire de la 10 % ia 90 %).
2. Fotodiode PIN
2. Fotodiode PIN
Au o regiune cu Si intrinsec între p şi n.
Sunt cu:
iluminare frontală sau
iluminare laterală.
Datorită sensibilităţii la RO incidentă şi a vitezei mari de răspuns, înlocuiesc des fotodiodele cu joncţiune p-n.
Pentru polarizări inverse, câmpul electric din regiunea intrinsecă accelerează purtătorii de sarcină liberi spre regiunile puternic dopate.
Au randamentl cuantic mare ( = 0.6).
3. Fotodiode Schottky
3. Fotodiode Schottky
Curbarea benzilor energetice ale unui semiconductor în vecinătatea contactului cu un metal dă naştere unei bariere de potenţial numită barieră Schottky. Se obţine fotodioda Schottky, cu principiu de funcţionare asemănător cu al fotodiodei p-n.
Se folosesc şi ca fotodetectoare pentru regiunea UV a spectrului RO. În domeniul UV, coeficientul de absorbţie al materialelor semiconductoare este foarte mare ( = 108 cm-1), astfel că adâncimea efectivă de absorbţie a radiaţiei incidente este d = 1/ = 0,1 m sau chiar mai mică.
Pentru realizarea fotodiodelor Schottky eficiente în detecţia RO cu lungimi de undă mici, se alege grosimea stratului de metal şi a stratului antireflectorizant astfel încât RO incidentă să fie absorbită în regiunea de la suprafaţa semiconductorului.
Fotodiodele Schottky din Au-Si au timpi de răspuns 0,1 ns şi = 70%.
