Photodetektor

Photodetektor,

 

Fotodetektor, Photo|empfänger, Foto|empfänger, Lichtdetektor, ọptisch-elẹktrischer Wandler, Strahlungsempfänger zum Nachweis oder zur intensitätsproportionalen Anzeige oder Registrierung optischer (einschließlich infraroter und ultravioletter) elektromagnetischer Strahlung (Licht) durch deren Umsetzung in elektrische Signale. Photodetektoren sind daher Bauelemente der Optoelektronik. Entsprechend der Art der Wechselwirkung zwischen dem Licht und der Detektorsubstanz kann man zwischen indirekter und direkter optisch-elektrischer Signalumwandlung unterscheiden und die Photodetektoren entsprechend in thermischen und Quantenphotodetektoren einteilen.

 

Bei thermischen Photodetektoren erfolgt die Wechselwirkung mit den Gitteratomen eines Festkörpers (Photon-Phonon-Wechselwirkung), und ein Ausgangssignal wird indirekt durch eine Temperaturerhöhung der Detektorsubstanz erzeugt. Zu ihnen gehören insbesondere das Bolometer, das Thermoelement, der pyroelektrische Detektor und die Golay-Zelle. Bei dieser wird eine bestimmte Gasmenge durch eine optisch schwarze, dünne Membran verschlossen, die die auftreffende Lichtleistung absorbiert und die entsprechende Wärme an das Gas weitergibt; die daraus resultierende Expansion oder Druckänderung des Gases ist die eigentliche Messgröße. Thermische Photodetektoren haben eine weitgehend von der Lichtwellenlänge unabhängige Photoempfindlichkeit (Arbeitsbereiche überwiegend im nahen und fernen Infrarot); ihre Zeitauflösung ist wegen der thermischen Relaxationszeiten im Allgemeinen gering.

 

Quantenphotodetektoren beruhen auf dem inneren oder auf dem äußeren Photoeffekt, bei denen durch Wechselwirkung des Lichts mit den quasifreien oder gebundenen Elektronen im Festkörper ein von der eingestrahlten Leistung direkt abhängiges Signal (Photostrom oder Photospannung) erzeugt wird (Photon-Elektron-Wechselwirkung). Die auf dem inneren Photoeffekt beruhenden Quantenphotodetektoren werden in Sperrschichtphotodetektoren (z. B. Photoelement, Phototransistor) und Photoleitfähigkeitsdetektoren (Photoleitung) eingeteilt; die auf dem äußeren Photoeffekt beruhenden werden auch als photoemissive Detektoren bezeichnet. Die Quantenphotodetektoren zeigen eine ausgeprägte Wellenlängenabhängigkeit der Photoempfindlichkeit.

 

Neben der Photoempfindlichkeit unterscheiden sich thermische und Quantenphotodetektoren auch im Zeitverhalten. Während sich die ersten nur bis zu Signalfrequenzen von einigen Hundert MHz betreiben lassen, sind bei den zweiten Frequenzen bis zu einigen GHz möglich, allerdings nur in einem von dem jeweiligen Material abhängigen eingeschränkten Spektralbereich.