FOTON tepelná energie chemická energie změna el. veličin mechanická změna potenciálu termokonduktivní jev (bolometry) změna geom. rozměrů Golayův detektor termoelektrický jev (termočlánky) pyroelektrický jev (pyroel. detektory) termokapacitní jev (dielektrické detektory)

Detektory optického záření s nepřímou přeměnou s přímou přeměnou

Golayův detektor

bolometry

termočlánky

Pyroelektrický detektor Detektor v rovnováze

Snížení pevného náboje zvýšením teploty Přebytek 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 detektor realizace

fotovodivost (kontaktní nebo fotoelektromagnetický Fotoelektrický jev vnější (fotokatoda fotoemitér) vnitřní fotovodivost (kontaktní nebo mikrovlnné koncepce) hustota nosičů (extrinsické a intrinsické fotoodpory) absorpcí pohyblivost tlakem („fotonový vítr“) fotonapěťový jev fotoelektromagnetický jev PN přechod Schottky přechod objemové jevy

fotonásobiče

Negativní elektronová afinita fotokatody Klasická fotokatoda Fotokatoda NEA Negativní elektronová afinita

Kruhové uspořádání dynod

Dynodový násobící systém – zesilovač se šumovým číslem F1

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 fotonásobičů Relativní změna citlivosti fotonásobiče po zapnutí

Časový průběh únavy fotonásobiče – 22 dní přerušovaného měření Citlivost poklesla na 40% ! U - průběh napětí na fotonásobiči – cykly měření A – citlivost pro osvětlovanou část fotokatody B – citlivost pro neosvětlovanou část fotokatody

fotorezistory σ=

chlazení Peltierův článek - baterie Kapalný dusík

Chlazená clona zvýší citlivost detektoru až 100x - eliminace tepelného záření okolí

fotodiody PN fotodioda s přechodem PN PIN fotodioda se strukturou PIN LFD (APD) lavinová fotodioda MS fotodioda s přechodem kov-polovodič Schotkyho fotodioda

Difúzní a driftové oblasti ve struktuře fotodiody

Vliv geometrie struktury fotodiody na spektrální charakteristiku

Dynamické vlastnosti fotodiody Wr – šířka driftové oblasti Wd – šířka difúzní oblasti td - difúzní časová konstanta tr - driftová časová konstanta tRC- 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 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 germanium pro křemík

stejná pravděpodobnost pro ionizaci elektrony i děrami ba a=b stejná pravděpodobnost pro ionizaci elektrony i děrami ba pravděpodobnost ionizace děrami je zanedbatelná

Vliv poměru ionizačních koeficientů na dynamické vlastnosti LFD – zhoršení oproti fotodiodě PIN tr je driftová časová konstanta odpovídající ekvivalentní fotodiodě PIN

k=b/a a na nastaveném zisku M šumové číslo LFD F=Mx v závislosti na poměru ionizačních koeficientů k=b/a 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)