Фотокатод - Википедия - Photocathode

А фотокатод отрицательно заряженный электрод в устройстве обнаружения света, таком как фотоумножитель или же фототрубка который покрыт светочувствительный сложный. Когда на него падает квант света (фотон ) поглощенная энергия вызывает эмиссию электронов из-за фотоэлектрический эффект.

Использует

В течение многих лет фотокатод был единственным практическим методом преобразования света в электронный ток. Как таковая, она имеет тенденцию функционировать как разновидность «электрической пленки» и имеет много общих черт фотографии. Поэтому он был ключевым элементом в оптоэлектронных устройствах, таких как Трубки телекамеры например, ортокон и видикон, а также в трубках изображения, таких как усилители, конвертеры и диссекторы. Простой фототрубки использовались для датчиков движения и счетчиков.

Фототрубки в течение многих лет использовались в кинопроекторах для чтения звуковые дорожки на краю кинопленки.[1]

Более поздняя разработка твердотельных оптических устройств, таких как фотодиоды сократила использование фотокатодов до случаев, когда они по-прежнему превосходят полупроводниковые устройства.

Строительство

Фотокатоды работают в вакууме, поэтому в их конструкции есть параллели. вакуумная труба технологии. Поскольку большинство катодов чувствительны к воздуху, создание фотокатодов обычно происходит после вакуумирования корпуса. Для работы фотокатода требуется электрическое поле с ближайшим положительным анодом для обеспечения электронной эмиссии.

Фотокатоды делятся на две большие группы; трансмиссионные и отражающие. Тип пропускания обычно представляет собой покрытие на стеклянном окне, в котором свет падает на одну поверхность, а электроны выходят из противоположной поверхности. Отражающий тип обычно формируется на основе непрозрачного металлического электрода, где свет входит, а электроны выходят с одной и той же стороны. Разновидностью является тип двойного отражения, когда металлическое основание является зеркальным, в результате чего свет проходит через фотокатод, не вызывая отражения излучения для второй попытки. Это имитирует сетчатка на многих млекопитающих.

Эффективность фотокатода обычно выражается как квантовая эффективность, то есть отношение испускаемых электронов к падающим квантам (света). Эффективность также зависит от конструкции, поскольку ее можно улучшить с помощью более сильного электрического поля.

Покрытия

Хотя простой металлический катод будет проявлять фотоэлектрические свойства, специальное покрытие значительно увеличивает эффект. Фотокатод обычно состоит из щелочных металлов с очень низким рабочие функции.

Покрытие высвобождает электроны гораздо легче, чем находящийся под ним металл, что позволяет ему обнаруживать фотоны с низкой энергией в инфракрасном излучении. Линза передает излучение от наблюдаемого объекта на слой стекла с покрытием. Фотоны ударяются о поверхность металла и переносят электроны на ее тыльную сторону. Затем освобожденные электроны собираются для получения окончательного изображения.

Фотокатодные материалы

  • Ag-O-Cs, также называемый S-1. Это был первый составной фотокатодный материал, разработанный в 1929 году. Чувствительность от 300 до 1200 нм. Поскольку Ag-O-Cs имеет более высокий темновой ток, чем более современные материалы, фотоумножитель трубки с этим фотокатодным материалом в настоящее время используются только в инфракрасной области с охлаждением.
  • Sb-CS (сурьма -цезий ) имеет спектральный отклик от УФ к видимый и в основном используется в фотокатодах с режимом отражения.
  • Бялкали (сурьма -рубидий -цезий Sb-Rb-Cs, сурьма -калий -цезий Сб-К-Кс). Спектральный диапазон отклика аналогичен фотокатоду Sb-Cs, но с более высокой чувствительностью и меньшей темное течение чем Sb-Cs. Они обладают чувствительностью, соответствующей наиболее распространенным сцинтиллятор материалы и поэтому часто используются для ионизирующего излучения измерение в сцинтилляционные счетчики.
  • Высокотемпературные биалкали или малошумные биалкилы (натрий -калий -сурьма, Na-K-Sb). Этот материал часто используется в каротаж нефтяных скважин так как выдерживает температуру до 175 ° C. При комнатной температуре этот фотокатод работает с очень низким темновым током, что делает его идеальным для использования в счет фотонов Приложения.
  • Мультищелка (натрий -калий -сурьма -цезий, Na-K-Sb-Cs), также называемый Для мальчиков-20. Многощелочной фотокатод имеет широкий спектральный диапазон от ультрафиолетовой до ближней инфракрасной области. Он широко используется для широкополосного спектрофотометры и счет фотонов Приложения. Длинноволновая характеристика может быть увеличена до 930 нм с помощью специальной обработки активации фотокатода. В случае расширенного ответа это иногда называют С-25.
  • GaAs (арсенид галлия (II) ). Этот фотокатодный материал покрывает более широкий спектральный диапазон отклика, чем мультищелочной, от ультрафиолета до 930 нм. Фотокатоды GaAs также используются в ускоритель установки, где требуются поляризованные электроны.[2] Одним из важных свойств фотокатода GaAs является то, что он может достигать отрицательного сродства к электрону из-за осаждения Cs на поверхности.[3] Однако GaAs очень хрупкий и теряет квантовую эффективность (QE) из-за нескольких механизмов повреждения. Обратная бомбардировка ионами является основной причиной распада квантового эффекта на катоде GaAs.[4]
  • InGaAs (арсенид галлия индия ). Повышенная чувствительность в инфракрасном диапазоне по сравнению с GaAs. Более того, в диапазоне от 900 до 1000 нм InGaAs имеет гораздо лучшую соотношение сигнал шум чем Ag-O-Cs. Благодаря специальной технологии изготовления этот фотокатод может работать на длине волны до 1700 нм.
  • Cs-Te, Cs-I (цезий -теллурид, йодид цезия ). Эти материалы чувствительны к вакуумный УФ и УФ-лучи, но не до видимого света, и поэтому их называют солнечной слепотой. Cs-Te нечувствителен к длинам волн более 320 нм, а Cs-I - к длинам волн более 200 нм.

Рекомендации

  1. ^ Филдинг, Раймонд (1983). Технологическая история кино и телевидения. стр.360. ISBN  9780520050648.
  2. ^ Pierce, D.T .; Celotta, R.J .; Wang, G. ‐ C .; Unertl, W. N .; Galejs, A .; Kuyatt, C.E .; Мельчарек, С. Р. (апрель 1980 г.). "Источник спин-поляризованных электронов GaAs". Обзор научных инструментов. 51 (4): 478–499. Bibcode:1980RScI ... 51..478P. Дои:10.1063/1.1136250. ISSN  0034-6748.
  3. ^ «Оптимизация активации (Cs, O) фотокатода NEA - публикация конференции IEEE». Дои:10.1109 / IVESC.2004.1414231. S2CID  25911728. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ Grames, J .; Сулейман, Р .; Adderley, P.A .; Clark, J .; Hansknecht, J .; Machie, D .; Poelker, M .; Штутцман, М. Л. (2011-04-20). «Измерение времени жизни заряда и флюенса фотопистолета на основе GaAs высокого напряжения постоянного тока при высоком среднем токе». Специальные темы Physical Review: ускорители и пучки. 14 (4): 043501. Bibcode:2011ПхРвС..14д3501Г. Дои:10.1103 / Physrevstab.14.043501. ISSN  1098-4402.

внешняя ссылка