Курсовая работа: Фізичні основи, принцип дії та параметри фотоелектронних приладів
де mv
\2 – кінетична енергія електрона.
Підставивши в рівняння Wкв та Wo, отримаємо:
mv\2= h – ejo (1.10)
Це рівняння визначає лінійну залежність кінетичної енергії електрона від частоти випромінювання ; інші його елементи – постійні для даної речовини.
Максимальною кінетичною енергією будуть володіти ті електрони, які всередині фотокатода мали максимальну внутрішню енергію Wi. При WKB = Wo кінетична енергія електрона, що вилетів, дорівнює нулю, а при Wкв < Wo фотоелектронна емісія неможлива.
Закону Ейнштейна підкоряється фотоелектронна емісія із чистих металів порівняно більшої товщини. Таку емісію називають нормальною. Однак ці фотокатоди не знайшли застосування через велику роботу виходу, при якій не можна одержати емісію при опроміненні їх видимою частиною спектра. У фотоелементах і фотопомножувачах використають складні тонкоплівкові катоди, наприклад сурм'яно-цезієві, що характеризуються виборчою фотоелектронною емісією. Вони мають максимальну чутливість до променів певної частини спектра.
Чутливість – основний параметр фотоелектронного приладу. Розрізняють інтегральну (світлову) і спектральну чутливість.
Інтегральна чутливість– це чутливість фотокатода до сумарного, не розкладеному в спектр, світловому потоку. Вона визначається як фотострум, викликуваний загальним світловим потоком в 1 люмен:
S = Iф\ Ф (1.11)
Для точного визначення інтегральної чутливості як джерело світла обраний стандартний випромінювач – електрична лампа розжарювання 100 Вт при температурі нитки 2850 К.
Інтегральну чутливість можна визначити по світловій характеристиці.
Спектральна чутливість– це чутливість фотокатода до монохроматичного світла. Вона визначається як фотострум, що приходить на 1 люмен світлового потоку даної довжини хвилі:
S
= Iф\Ф (1.12)
Спектральні властивості фотокатода визначають по с пектральній характеристиці,що являє собою залежність спектральної чутливості від довжини хвилі випромінювання.
S= f (λ) при Ф = const (1.13)
При нормальній фотоелектронній емісії спектральна характеристика відображає закон Ейнштейна (рис 1.1, б): зі збільшенням λ, тобто зменшенням n, кінетична енергія та швидкість емітованних електронів зменшується, отже, зменшується фотострум і чутливість при Ф= const. Фотоелектронна емісія припиняється при λовідповідно порогу no.
При виборчий фотоелектронной емісії спектральна характеристика має максимум у певній частині спектра. На рис. 1.1, в наведена як приклад спектральна характеристика сурм'яно-цезієвого фотокатода, що використовується у фотопомножувачах. Цей катод найбільш чутливий до видимої частини спектра (від жовто-зелених до синьо-фіолетових променів); для нього λо = 0,7 мкм.
2. Основні типи фотоелектронних приладів
2.1 Фотоелементи
Електровакуумним фотоелементом називається вакуумний прилад, що має фотокатод та анод. Балон фотоелемента виконується зі скла з малим коефіцієнтом поглинання випромінювання в робочому для приладу діапазоні спектра. У фотоелементів, призначених для роботи в УФ-області спектра, у балоні робиться вікно з матеріалу, прозорого в цій області. Деякі фотоелементи мають метало-скляні балони. Конструкції фотоелементів досить різноманітна залежно від призначення приладу. Класифікаційними ознаками можуть бути спектральний робочий діапазон, тип і конструкція фотокатода, режими роботи та області застосування. По областях застосування фотоелементи зручно об'єднати в три основні групи.
До першої групи можна віднести фотоелементи, призначені для реєстрації порівняно слабко змінних у часі потоків випромінювання, інтенсивність яких набагато більше граничної. Ці фотоелементи застосовуються у звуковідтворюючій кіноапаратурі, у фототелеграфії, у схемах автоматики та контрольно-вимірювальних пристроїв. Фотоелементи цієї групи звичайно працюють із довільними джерелами світла, тому основними вимогами до приладів є наявність високої інтегральної чутливості, а також їхня довговічність і взаємозамінність.
Балон фотоелементів, що випускають для зазначених цілей, являє собою сферу, на частину внутрішньої поверхні якої нанесений масивний фотокатод. Анод виконується у вигляді кільця, сітки, петлі з тонкого дроту, що перебувають звичайно в центрі сфери. Електроди виводяться у вигляді твердих штирів у загальний цоколь або розносяться у два самостійних циліндричних виводи. Типові конструкції фотоелементів першої групи наведені на рис. 2.1.
До другої групи відносяться фотоелементи, які використовуються для виміру слабких повільно змінних потоків випромінювання різного спектрального складу, а також для точного виміру світлових потоків у фотометрії. У фотоелементах можуть застосовуватися як напівпрозорі так і масивні фотокатоди.
Рис. 2.1 – Зовнішній вигляд першого типу фотоелементів [6]: анод; фотокатод.
Підкладкою останніх служить скло або металева пластина. Для зниження струмів витоку вводиться третій електрод – охоронне кільце. Електроди можуть мати тверді виводи у вигляді штирків і циліндрів та гнучкі виводи – металеві стрічки та дротики. Деякі конструкції фотоелементів другої групи представлені на рис. 2.2.
До характеристик і параметрів розглянутих фотоелементів пред'являються більше суворі вимоги, обумовлені їхнім призначенням. Фотоелементи повинні мати високу стабільність спектральних характеристик, лінійністю світлової характеристики, достатньо велике значеннями спектральної та світлової чутливості, високою граничною чутливістю.
Рис. 2.2 – Конструкція другого типу фотоелементів [6]: фотокатод, охоронне кільце, анод