Optica fotonica

Optica fotonica

1. Efectul fotoelectric

Campul electromagnetic al undelor luminoase interactioneaza cu substantele asupra carora se proiecteaza. Interactiunea consta din transferul energiei asupra particulelor subatomice, in special asupra electronilor. Electronii pot primi suficienta energie si care depaste fortele de atractie atomice, iar electronul paraseste substanta. Acest electron poarta numele de fotoelectron iar emisia este denumita emisie fotoelectronica sau efect fotoelectric extern.
S-a constatat experimental ca numarul electronilor emisi in unitatea de timp sub actiunea luminii este proportional cu fluxul de energie luminoasa. Energia totala pe care o primeste un electron de la lumina este proportionala cu frecventa radiatiei, si nu cu intensitatea fluxului, ceea ce a facut necesara introducerea conceptului de cuante de energie si de foton, de catre Plack si Einstein.

2. Efectul fotoelectric in semiconductori

Daca un semiconductor este supus campului eletromagnetic al undelor luminoase, energia transportata de fotoni disloca electroni de la nivelul atomilor, rezultind electroni, care se misca liber ca sarcini negative, si ioni, ca sarcini pozitive. Apar astfel purtatori de sarcina, care produc scaderea rezistentei electrice a semiconductorului, eveniment numit efect fotoelectric.
Cresterea conductibilitatii este proportionala cu fluxul luminos incasat, dar nu este nelimitata, deoarece, o data cu generarea de purtatori de sarcina apare si fenomenul invers, de cuplare a electronilor liberi cu ionii.

Fotorezistenta in circuit

Efectul fotoelectric in semiconductori este intern, adica electronii nu parasesc semiconductorul. Energia necesara aparitiei electronilor liberi este mai mica decat in cazul metalelor sau al efectului fotoelectric extern, asa incat apare si la energii (frecvente) mai mici, inclusiv sub efectul radiatiei infrarosii.
Efectul fotoelectric in semiconductori sta la baza construirii fotorezistentelor: un strat de semiconductor este cuplat intr-un circuit cu o sursa de alimentare si un microampermetru. La intuneric, curentul ce trece prin circuit este foarte mic. Pe masura ce fluxul luminos incident creste, apar purtatori de sarcina care duc la scaderea rezistentei si deci la cresterea curentului in circuit de sute sau chiar mii de ori.
Fotorezistentele sunt utilizate in subansamblele de masura ale fluxului luminos (expunere) a aparatelor fotografice sau ca unitati independente (exponometre).

3. Fotoelementul

Intr-o jonctiune p-n exista un camp electric la nivelul stratului de baraj, determinat de trecerea electronilor din partea n in partea p si a golurilor in sens invers.

Fotoelement in circuit

Daca se ilumineaza jonctiunea, in stratul de baraj apar purtatori de sarcina prin efectul fotoelectric intern, iar electronii sunt impinsi de catre campul electric in partea n iar golurile in partea p. Aceasta se traduce prin aparitia unui curent electric intr-un circuit exterior, deci jonctiunea devine o sursa de tensiune si, de aceea, poarta numele de fotoelement.