Рис.1.16. Схема фотоэлемента с запирающим слоем

1-железная пластинка; 2-полупроводник; 3-запирающий слой; 4-полупрозрачная пленка золота или платины; 5-гальванометр

 

Из слоя селена электроны попадают в слой золота (или платины) и заряжают его отрицательно. В обратном направлении электроны проходить не могут из-за наличия запирающего слоя. В результате на границе полупроводника и проводника (золота или платины) возникает разность потенциалов, и во внешней цепи появляется электрический ток, который измеряют гальванометром. Возникающий фототок I прямопропорционален интенсивности подающего светового потока I: I=kI. Для различных фотоэлементов существует спектральная область, в которой наблюдается фотоэффект, т.е. фотоэлементы имеют определенную спектральную характеристику. Например, для селенового фотоэлемента область спектральной чувствительности находится в диапазоне 300-800нм, при этом максимум чувствительности в диапазоне 500-600нм.

       Вакуумные и газонаполненные фотоэлементы представляют собой сходные по конструкции устройства (рис.1.17): внутри кварцевого или стеклянного баллона 1 находятся электроды - анод 2 и фотокатод 3, между которыми создается разность потенциалов за счет внешнего источника питания 5; последовательно с фотоэлементом и источником питания, как правило, вводится защитное сопротивление 6 и электроизмерительный прибор 4. Давление внутри баллона вакуумного фотоэлемента составляет ~10^-8 мм рт. ст., в баллоне газонаполненного фотоэлемента ~0,2 мм рт. ст. (для заполнения фотоэлементов обычно применяют аргон). Фотокатод покрыт слоем соединения щелочного металла Cs₂O, Cs₃Sb, K₂CsSb и др.), испускающего электроны при попадании на него фотонов. Если к катоду и аноду приложить внешнее напряжение ~90В, то возникает электрический ток, который измеряют гальванометром. Из фотоэлементов с внешним фотоэффектом наиболее распространены сурьмяноцезиевый (185-6507нм) для УФ- и видимой областей спектра и кислородноцезиевый (650-1000нм) для ближней ИК-области.

 

 

Рис.1.17. Принципиальная схема вакуумного фотоэлемента.

 

       Фотоумножителями (рис.1.18) принято называть вакуумные фотоэлементы, в которых для усиления фототока используется явление вторичной эмиссии. Внутри кварцевого или стеклянного баллона 1 находится фотокатод 4, несколько электродов-эмиттеров (динодов), соединенных между собой, и анод 2. На каждый динод подается напряжение на 90В больше, чем на предыдущий. Электрон, выбитый из фотокатода под действием фотона, попадает на первый динод и вызывает испускание n электронов, которые устремляются ко второму диноду и снова вызывают эмиссию n электронов и т. д. Электроны, испускаемые динодами называют вторичными. Общее количество электронов равно n^m, где m - число динодов. Пусть n=4 и число динодов 12, тогда общее число электронов, получающихся при попадании на фотокатод одного-единственного фотона, равно 17·10⁶, что составляет ток ~0,5 мА. Спектральная чувствительность ФЭУ определяется материалом катода, которые чаще всего бывают цезиевыми или сурьмяно-цезиевыми.

       При небольших световых потоках, попадающих на детектор (например, если раствор сильно поглощает свет и через него проходит лишь небольшая доля исходного потока), используют счетчики фотонов, которые в сочетании с электронным устройством позволяют фиксировать импульсы от отдельных фотонов.