ஒளியுணர் இருமுனையம்

ஒளியுணர் இருமுனையம் (photodiode) என்பது ஒளியை மின்னோட்டமாக மாற்றவல்ல ஒரு குறைகடத்திக் கருவி.  குறைகடத்தியால் ஆன இக்கருவியின் மீது ஒளி படும்பொழுது, ஒளியின் ஒளியன்களின் (photon) ஆற்றலால்  குறைகடத்தியில் கட்டுண்ட அணுக்களுக்கிடையே ஆன பிணைப்புகள் விடுபட்டு மின்மத் துகள்கள் உருவாகின்றன. இந்த மின் துகள்கள் எதிர்மின்னிகளும், நேர்மின்மம் கொண்ட புரைமின்னிகளும் ஆகும். இந்த எதிர்மின்னிகளும் புரைமின்னிகளும் நகரக்கூடியவை. இவை நகர்மின்மங்கள். ஒளியுணர் இருமுனையத்தில் பொருத்தப்படும் மின்னழுத்த வேறுபாட்டால்,  ஒளியால் விடுபட்ட இந்த மின்மங்கள் நகர்ந்து மின்னோட்டம் உருவாகின்றது. அதிக ஒளி இருந்தால், அதிகமான மின்மங்கள் விடுபட்டு ஓடும். அதிக மின்னோட்டம் ஏற்படும்.

ஒளியுணர் இருமுனையம் என்பது கதிரொளி மின்கலம் போன்றதே. ஆனால் அதிகப் பரப்பளவில் அமைந்து கதிரொளி மின்கலம் போல் மின்னாற்றலாக வடித்துத் திரட்டும் கருவியன்று. ஒளியின் அளவுக்கு ஏற்ப மின்னோட்டம் தரும் ஓர் ஆற்றல் மாற்றியாக, தரவு ஏற்றிய ஒளியலைகளில் இருந்து மின்னலைகளில் உள்ள தரவாக மாற்றப்பயன்படுபவை. மேலும். கண்ணால் பார்க்கக்கூடிய ஒளியாக (கட்புல ஒளி) மட்டுமல்லாமல், நம் கண்ணுக்குப் புலப்படாத புற ஊதாக் கதிர்கள், அகச்சிவப்புக் கதிர்கள்,  X-கதிர் (புதிர்க்கதிர் அல்லது ஊடுகதிர்) ஆகியவற்றுக்கும்  உணரியாகவும் செயல்படும் சிறப்புக்கருவிகள் உள்ளன. கட்புலனாகும் ஒளியும் மின்காந்த அலைதான், ஊடுகதிரும் (அதிக அதிர்வெண் கொண்ட மிகச்சிறிய அலைநீளம் கொண்ட) மின்காந்த அலைதான்.

பயன்படு பொருட்கள்
ஒளியுணர் இருமுனையம் செய்யப் பயன்படும் முக்கியமான பொருளே அதன் பண்புகளை உறுதி செய்யும். உணரவேண்டிய ஒளியின் அலைநீளத்துக்கு ஏற்ற குறைகடத்திப் பொருள் முதலில் தேவை. குறைகடத்தியின் மீது படும் ஒளியானது அணுக்களுக்கு இடையே இருக்கும் பகிர்பிணைப்பை அறுத்து மின்மத்தை (ஏதிர்மின்னி, புரைமின்னி) விடுவிக்கக்கூடியதாக இருக்கவேண்டும். குறைகடத்தியின் ஆற்றல் இடைவெளி என்பது இதனைக் காட்டும் ஒரு பண்பு. இந்த ஆற்றல் இடைவெளியைத் தாண்டக்கூடிய ஆற்றலுடைய ஒளியாக இருந்தால் மட்டுமே மின்னோட்டம் நிகழும்.  

ஒளியுணர் இருமுனையக் கருவியைச் செய்யப் பயன்படும் பரவலாகக் காணக்கூடிய குறைகடத்திகள்Held. G, Introduction to Light Emitting Diode Technology and Applications, CRC Press, (Worldwide, 2008). Ch. 5 p. 116.  சில கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளன

 குறைகடத்தி  மின்காந்த அலைவரிசை அலைநீள  பரவு எல்லை (nm) சிலிக்கான்  190–1100 செருமேனியம்  400–1700 இந்தியம் காலியம் ஆர்சினைடு  800–2600 ஈய(II) சல்பைடு  <1000–3500 மெர்க்குரி காட்மியம் தெலுரைடு  400–14000

முக்கிய பயன்பாட்டுக் கூறுகள்
ஒளியுணர் இருமுனையத்தின் முக்கிய செயற்பாட்டுக் கூறுகள்:

தருவிளைவு: அலைநீள வாரியாக ஒளியுணர் இருமுனையம் தருவிளைவு (responsivity) என்பது அதன் மீது விழும் ஒளியின் ஒரு வாட்டு ஒளித்திறனுக்கு எவ்வளவு ஆம்பியர் மின்னோட்டம் விளைகின்றது என்பதாகும். தருவிளைவை ஆம்பியர்/வாட்டு என்று குறிப்பது வழக்கம். 

இருட்டு மின்னோட்டம்: ஒளியேதும் இல்லாத போது ஒளியுணர் இருமுனையம் வழி பாயும் மின்னோட்டம் இருட்டு மின்னோட்டம் (dark current) எனப்படுகின்றது. இது மின் இரைச்சலையும் கட்டுப்படுத்துகின்றது.

விளைவுநேரம்:  ஓர் ஒளியன் கருவி மீது பட்டவுடன் மின்மம் விடுவிக்கப்பட்டு அது நகர்ந்து சென்று மின்னோட்டமாக வெளிப்பட எடுக்கும் நேரம் விளைவுநேரம் (response time) எனப்படுகிறது.

இரைச்சல் திறனளவு: ஒளியால் ஏற்படும் மின்னோட்டத்தை உருவாக்கத் தேவையான குறைந்த அளவு ஒளித்திறன் இரைச்சல் திறனளவு (noise-equivalent power, NEP) எனலாம்; இது ஓர் எர்ட்சு அலைப்பட்டையில் ஒரு குறிப்பலைக்கு ஓர் இரைச்சல் விகிதம் தருவதாகும். அதாவது அளவிடக்கூடிய குறைந்த அளவு  ஒளியின் ஆற்றுதிறன்.  

ஓளிபெருக்கிகளுடன் ஒப்பீடு

ஒளிபெருக்கிகளுடன் (photomultipliers) ஒப்பிட்டால் கிட்டும் நன்மைகள் Photodiode Technical Guide  on Hamamatsu website:

 விழும் ஒளியின் அளவுக்கு ஏற்ப உண்டாகும் மின்னோட்டத்தின் அளவு கொண்டிருக்கும் நேர்கோட்டுத்தன்மை மிக நேர்த்தியானது. 
 நல்ல விரிவான அலைநீள உணரும் தன்மை (சிலிக்கான்): 190 nm to 1100 nm. இன்னும் நீளமான அலைநீளத்தையும் உணர்ந்தளக்கவல்ல குறைகடத்திகளும் உள்ளன 
 குறைந்த மின் இரைச்சல் (Low noise)
 பருவயமாக இயக்கங்களில் கெட்டுப்போகா உறுதியுடையவை. ஒளிபெருக்கிகள் கண்ணாடி வெற்றிடக்குழாயால் ஆனவை எளிதாக உடையும்
 குறைந்த விலை
 சிறிய அளவுடையது, குறைந்த எடை யுடையது
 நீண்டகால பயன்பாடு
 அதிக குவாண்டம் பயன்திறன் கொண்டது பொதுவாக 60–80% Knoll, F.G. (2010). Radiation detection and measurement, 4th ed. Wiley, Hoboken, NJ. p. 298. 
 உயர் மின்னழுத்தம் தேவையில்லை.

ஒளிபெருக்கிகளுடன் ஒப்பிட்டால் காணப்படும் குறைபாடுகள்:

 ஒளிபடும் இடம் சிறியது
 கருவிக்குள் பெருக்கம் ஏதுமில்லை (அலங்க்டை (தவிர்த்தவை) அடுக்குப்பெருக்கு ஒளியுணர் இருமுனையம் (avalanche photodiodes), ஆனால் இவற்றின் பெருக்கம் பொதுவாக 102–103 தான், ஆனால் ஒளிபெருக்கியின் பெருக்கம் 105-108)
 குறாய்ந்த உணர்திறன் (lower overall sensitivity
 ஓளியன் கணக்கிடுவது மிகவும் சிறப்பாக வடிவமைத்த குளிர்விக்கப்பட்ட ஒளியுணர் இருமுனையங்களில் தான் இயலும். அவற்றுக்கும் சிறப்பான மின்னணு சுற்றுகள் வடிவமைக்கப்படவேண்டும். 
 ஒளியணர் நேரம் மெதுவானது 
 முன்னிருப்பு நிலை விளைவுகள்

அடிக்குறிப்புகளும் மேற்கோள்களும்

வெளியிணைப்புகள்

Hamamatsu Application Note
Using the Photodiode to convert the PC to a Light Intensity Logger
Design Fundamentals for Phototransistor Circuits
Working principles of photodiodes 
Excelitas Application Notes on Pacer Website 

பகுப்பு:ஒளியுணர் கருவிகள்
பகுப்பு:குறைக்கடத்திக் கருவிகள்