Курсовая работа: Фізичні основи, принцип дії та параметри фотоелектронних приладів

n = с\λ (1.2)

Енергія фотона може бути виражена через довжину хвилі випромінювання:

Wкв = hc\λ, (1.3)

де с – швидкість світла.

Наприклад, короткохвильове випромінювання, що відповідає фіолетовим променям видимого спектра з довжиною хвилі λ= 0,38 мкм, несе енергію фотона 3,25 ев, а довгохвильові червоні промені з λ = 0,76 мкм – енергію фотона 1,6 ев.

Мінімальна частота nо, при якій можлива фотоелектронна емісія, називається порогом фотоелектронної емісії. Їй відповідає довжина хвилі λо. Її величину для даної речовини можна знайти з умови рівності енергії фотона та роботи виходу:

Wкв = Wo (1.4)

Підставивши сюди значення Wo = ejo; Wкв = ho та λо = с\o отримаємо

ho = ejo, (1.5)

звідси

o = ejo\h та λо = hc\ ejo, (1.6)

де h, c та е (заряд електронна) – постійні;

jo – робота виходу в електрон – вольтах, яка залежить від матеріалу фотокатода.

Для одержання фотоелектронної емісії в більше широкій області видимої частини спектра необхідні фотокатоди з малою роботою виходу.

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: