Оптичні давачі

Базовані на двох принципах

Термальні ефекти випромінювання

Квантові ефекти випромінювання

Термальні ефекти: поглинання

випромінювання підвищує швидкість руху частинок. Також відбувається

електронна емісія

Квантові ефекти: взаємодіє фотонів з атомами з випливаючими ефектами, включаючи і емісію електронів

Фотоелектричний ефект

Рівняння Планка:

e=hf [ev]

h = 6..6262x10 [[Дж..с]] (стала Планка)

f = частота

e = енергіяія фотону при частотіі f..

Це називається енергією кванта

Збільшуєтьсяі при зростанніі частоти

Може передватися електронам як кінетичнаі енергіяія

Примітка:і ця енергіяія також називається енергією іонізації та використовується для розмежування безпечного та небезпечного випромінюванняі

Фотоелектричний ефект

Фотони стикаються з електронами на

поверхні матеріалу

Електрони набувають енергії, і ця енергія дозволяє їм:

Покидати повернхю, долаючи роботу

виходу

Залишкова енергія надає цим електронам кінетичної енергії

Фотоелектричний ефект

Ця теорія були вперше запропонована Ейнштейном в його теорії фотонів в 1905 році (за що він отримав Нобелівську премію):

hf e0 = k

e0 – так звана робота виходу (енергія,і потрібнаі для

покидання електроном поверхніі матеріалу)і

k представляє максимальну кінетичнуі енергію,і яку може отримати електрон при виходіі.

Фотоелектричний ефект

Для виходу електронів, енергія фотонів повинна бути вищою за роботу виходу

Частота повинна бути високою або:

Робота виходу повинна бути малою

Частота, за якої енергія фотонів рівна роботі виходу, називається частотою відсікання

Нижче її відсутнійі ій квантовий ефект

Вище її пристуніі термальний та квантовий ефекти

На високих частотах домінує квантовий ефект

Таблиця робіт виходу

Table 4.1. Work functions for selected materials given in [eV]

Примітки:

Термоелектричний ефект – це поверхневий ефект

Найбільш помітний у провідників

Група 1 (лужні) має мінімальну роботу виходу

– часто використовуються в термоелементах

Кількість електронів емісії стає мірою інтенсивності випромінювання

Електрони можуть покидати поверхню також

при термоіонній емесії (інша область,

базована на термоефекті)

Фотопровідний ефект

Ефект тільки для твердих тіл

Найбільш ефективний у напівпровідників

Базований на зміщенні валентних та ковалентних електронів

Валентні електрони: електронизовнішнього

електронного рівня в атомі

Ковалентні електрони: спільні зовнішні електрони між атомами у кристалі

Модель: фотопровідний ефект

Фотони стикаються з електронами

Електрони повинні отримати достатню енергію:

Щоб покинути валентну зону

Перейти в зону провідностіі і

Мінімальнаі і неоюхіднаі енергія:ія енергіяія забороненої зони

Модель: фотопровідний ефект

В зоні провідності електрони вільно рухомі

Коли електрони покидають свої місця вони залишають так звані “дірки” – носії пощитивного заряду

Ця дірка може бути зайнята іншим еелктроном з невеликоб додатковою енергією (рекомбінація)

Повний струм базується на електронах та діркаї