光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后,直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小直接影响内部电子状态的改变。
基本介绍
- 中文名:光子效应
- 外文名:Photon effect
- 分类:外光电效应和内光电效应
- 类别:光电效应
- 功能:设计光子探测器
- 区别:光热效应
条件
光子效应是指单个光子的能量hν对产生的光电子起直接作用的一类光电效应,基于光子效应而工作的探测器统称为光子探测器。各种光子探测器的共同特徵是它们的阈值特性,即光子效应条件:
ν≥νc 或 λ≤λc (34-1)
式中,vc和λc分别称为光子探测器的截止回响频率和波长。
注意到:普朗克常数h=6.6×10J·s=4.13×10 eV·s,c =3×10μm/s=3×10nm/s。
可以推知:
λ(μm)=1.24/E(eV) 或λ(nm)=[1240/E(eV)](34-2)
式中,E为由光子探测器材料决定的阈值能量。
分类
光子效应是指单个光子的能量hν对产生的光电子起直接作用的一类光电效应,包括外光电效应和内光电效应,如表所示。基于光子效应而工作的探测器统称为光子探测器,故有不同种类的探测器。
大类 | 效应细目 | 相应的探测器 |
外光电效应 | ①光阴极发射光电子②光电子倍增: 打拿极倍增; 微通道电子倍增 | 光电管 光电倍增管 像增强管 |
内光电效应 | ①光电导(本徵和非本徵)②光生伏特: | 光导管或光敏电阻 |
PN结和PIN结(零偏);PN结和PIN结(反偏); 雪崩; 肖特基势垒 ③光电磁; 光子牵引 | 光电池光电二极体 雪崩光电二极体 肖特基势垒光电二极体 光电磁探测器 光子牵引探测器 |
辨析区分
光电探测器的物理效应通常分为两大类:光子效应和光热效应,在每一大类中又可分为若干细目。
光热效应
光热效应和光子效应完全不同。探测元件吸收光辐射能量后,并不直接引起内部电子状态的改变,而是把吸
收的光能变为晶格的热运动能量,引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。所以,光热效应与单光子能量hν的大小没有直接关係。原则上,光热效应对光波频率没有选择性。只是在红外波段上,材料吸收率高,光热效应也就更强烈,所以被广泛用于对红外线辐射的探测。因为温度升高是热积累的作用,所以光热效应的回响速度一般比较慢,而且容易受环境温度变化的影响。
大类 | 效应细目 | 相应的探测器 |
光热效应 | ①测辐射热计; | |
负电阻温度係数;正电阻温度係数; 超导 ②温差电 ③热释电 ④其他 | 热敏电阻测辐热计金属测辐射热计 超导远红外探测器 热电偶、热电堆 热释电探测器 高莱盒、液晶等 |
各自特点
光子效应对光波频率表现出选择性,回响速度一般比较快;
光热效应原则上对光波频率没有选择性,回响速度一般比较慢。