آشکارسازهای نوری کیست؟ توضیح بده.
مهم‌ترین ویژگی‌هایی که در یک آشکارساز نور باید بررسی شود شامل: حساسیت طیفی، جریان تاریک، پاسخ دهی و زمان صعود می‌باشد. آشکارسازهای نور که در دسته‌ی فوتوالکتریک قرارمی‌گیرند، به دو دسته کلی آشکارسازهای فوتونی و آشکارسازهای گرمایی تقسیم‌بندی می‌شوند. برای بیان و معرفی ویژگی‌های آشکارساز نوری، از نحوه‌ی کارکرد این دسته از آشکارسازها کمکگرفته شده است.معرفی ویژگی‌های مهم آشکارساز نور.حساسیت طیفی.حساسیت طیفی آشکارساز به ترکیبات به کار رفته در ناحیه حساس به نور آشکار ساز وابسته است. اساساً ضریب جذب مواد با طول موج تغییر می‌کند و در طول موج‌های بزرگتر(انرژی کم تر)، به سمت مقادیر کوچکتر میل می‌کند.در شرایط ایده‌آل، هر فوتون فرودی باید یک الکترون تولید کند. اما به دلیل هدر رفت ناشی از بازتاب، عدم جذب نور توسط مواد و دیگر عامل‌ها، یک فوتون بر ثانیه، یک الکترون بر ثانیه را تولید نمی‌کند(البته با روش هایی قادر خواهیم بود بازده را افزایش دهیم).پاسخ‌دهی.نسبت جریان الکترون‌های به وجود آمده به توان نور فرودی را پاسخ‌دهی می‌گویند. درواقع پاسخ‌دهی طیفی نشان دهنده‌ی این است که یک وات از نور فرودی به چه میزانی از جریان الکتریکی تبدیلمی‌شود. چون تعداد الکترون‌های تولید شده با تعداد فوتون‌های تابشی متناسب است، پس در نتیجه برعکس روندی که درمورد ضریب جذب بیان شد، پاسخ‌دهی همراه با افزایش طول موج، افزایشمی‌یابد. برای مثال در دو توان یکسان، توانی که طول موج بزرگتری دارد، تعداد فوتون بیشتری هم دارد. برای اثبات این موضوع، فرض می‌شود توان‌های formula_1 و formula_2 برابر هستند:formula_3 و formula_4 formula_5اگر formula_6 پس طبق فرض انجام شده درمورد برابری توان‌ها، خواهیم داشت: formula_7به منظور فرمول‌بندی دقیق‌تر پاسخ‌دهی، فرض می‌شود تعداد فوتون در واحد زمان که بر ناحیه حساس به نور آشکارساز فرود می‌آید formula_8 باشد. طبق توضیحی که در بخش مربوط به بازده کوانتومی وجوددارد، فقط کسری از این شار فوتون‌ها منجربه شار الکترون‌ها در واحد زمان یا همان جریان الکتریکی می‌گردد. پس جریان به وجود آمده از رابطه زیر پیروی می‌کند:formula_9در این رابطه formula_10، بار الکتریکی الکترون است و formula_11، بازده کوانتومی آشکارساز است. با فرض اینکه شار فوتون‌های تابشی formula_12 باشد، مقداری که برای پاسخ‌دهی formula_13 به‌دست می‌آید مطابق زیر خواهد بود. این رابطه نشان می‌دهد نتیجه‌ای که پیش‌تر در مورد تناسب formula_14 با formula_15گرفته شد همیشه برقرار نیست و محدودیتی دارد که به آن باید توجه کرد، نظر به اینکه بازده کوانتومی، خود به طول موجوابسته است و در طول موج‌های بزرگ و کوتاه نقش مهمی را ایفا می‌کند.formula_16نمودار پاسخ‌دهی برحسب طول موج برای بازده کوانتومی‌های مختلف در تصویر زیر رسم شده است. مشاهده می‌شود مقدار پاسخ‌دهی برای formula_17 در طول موج formula_18 برابرformula_19 است.بازده کوانتومی.نسبت تعداد جفت الکترون - حفره‌های تولید شده توسط آشکارساز، به تعداد فوتون‌های تابشی بر ناحیه حساس به نور آن، بازدهی کوانتومی formula_20 نام دارد و این محدوده برای آن تعریف می‌شود:formula_21 . البته بازده کوانتومی را اینگونه هم می‌توان بیان کرد: احتمال اینکه یک فوتون فرودی با فوتوالکترون‌های به وجود آمده آشکارسازی شود.اما چرا تمامی فوتون‌های فرودی نمی‌توانند منجربه تولید جفت الکترون - حفره شوند؟ دلیل این اتفاق در مرحله برخورد فوتون‌های تابشی با ناحیه‌ی حساس به نور نهفته است، که ممکن است با اینناحیه برخوردی نداشته باشند و یا جذب نشوند. همان‌طور که در تصویر زیر نمایش داده شده است، از میان تمامی فوتون‌های فرودی بر نیمه رسانا، برخی بازتاب شده (طبق قوانین بازتاب فرنل) وتعدادی از آن‌ها عبور می‌کنند و در حین عبور جذب شده و جفت الکترون - حفره تولید می‌کنند.بازده کوانتومی آشکارساز نیمه‌رسانای فوتوالکتریکی را می‌توان با معادله مقابل بیان کرد: formula_22formula_15: توان بازتابی از سطح آشکارسازformula_24: کسر الکترون - حفره‌های توزیع شده در آشکارساز که موجب افزایش جریان به وجود آمده می‌شودformula_25: ضریب جذب ماده‌ی حساس به نورformula_26: ضخامت ناحیه حساس به نوراین معادله شامل سه فاکتور است: فاکتور اول یعنی formula_27 توان عبوری از سطح آشکارساز است. با لایه نشانی یک لایه بر روی سطح آشکارساز می‌توان درصد عبور را افزایشداد. فاکتور دوم formula_24 با دقت در انتخاب مواد نیمه رسانا و طراحی مناسب آن‌ها افزایش میابد. در واقع با این کار میزان جفت الکترون - حفره که در سطح بازترکیب می‌شوند کاهش میابد. فاکتور سوم که برابر با formula_29 می‌باشد کسر شار فوتون‌هایی است که توسط ماده‌ی حساس به نور جذب می‌شود. با انتخاب ماده‌ای مناسب و طول مؤثر کافی می‌توان این فاکتور را افزایش داد.وابستگی طول موجی بازده کوانتومی.اساساً بازده کوانتومی وابستگی طول موجی دارد، چون ضریب جذب به طول موج وابسته است. طول موج نور باید از طول موج گاف انرژی نیمه‌رسانا کوچکتر باشد تا جذب صورت گیرد و در نتیجه بازدهکوانتومی مقدار قابل ملاحظه‌ای داشته باشد.ایجاد کاواک برای آشکارساز و حالت تشدید در بازده کوانتومی.اگر با طراحی یک ساختار مناسب برای آشکارساز کاواکی طراحی شود که نور چندین بار از ناحیه حساس به نور عبور کند، بازده کوانتومی افزایش میابد. این کار راه حلی برلی افزایش formula_26 (طول مؤثر)است که میزان جذب را افزایش و میزان شار عبوری کاهش پیدا کند.جریان تاریک.جریان کوچکی که بدون تابش نور فرودی بر آشکارساز، در آن به وجود می آید، جریان تاریک نامیده می شود. مقدار جریان تاریک به دما وابسته است و بر نوفه مربوط به جریان الکتریکی خروجی ازآشکارساز اثرگذار است.زمان صعود.این ویژگی در زمانیکه سرعت پاسخ‌دهی آشکارساز مهم است به کار می آید. زمان صعود، بازه‌ی زمانی است که طول می‌کشد سیگنال خروجی آشکارساز به ۶۳.۲٪ قله‌ی مربوط به حالت پایایمقدار بیشینه برسد.هدر رفت‌های اضافی وجود خواهند داشت اگر نور به خوبی بر روی ناحیه‌ی حساس به نور متمرکز نشده باشد. به هنگام استفاده از آشکارساز نور بهتر است که نور به خوبی در ناحیه حساس به نور به طور کامل متمرکز شود.