Was sind Fotodetektoren?

Photodetektoren sind Geräte, die elektromagnetische Energie, typischerweise Licht, erfassen können und Photonenteilchen enthalten, die eine Art elektromagnetischer Energie sind. Obwohl es viele Arten gibt, sind die häufigsten mechanische, biologische und chemische. Photodetektoren können auch als Thermometer verwendet werden - um Strahlung zu messen, Spannung zu erzeugen, einen vorhandenen Strom zu verstärken und Bilder aufzunehmen. Pflanzen nutzen sogar eine Form der Fotodetektion, um ihr Wachstum zu steuern, da ihre Zellen auf das Licht reagieren und darauf zuwachsen. Ob natürlich oder künstlich, alle Fotodetektoren haben ein gemeinsames Prinzip: eine Reaktion, die durch die Anwesenheit von Licht ausgelöst wird.

Ein Beispiel für einen mechanischen Sensor dieser Art wäre ein Lasersicherheitssystem, das das Vorhandensein von Laserlicht und dessen Unterbrechung erkennt, um Einbrüche festzustellen und einen Alarm auszulösen. Der bekannteste biologische Sensor ist das Auge, das Licht erkennt und darauf reagiert, um optische Signale zu interpretieren, die es dann als Bild an das Gehirn sendet. Der fotografische Film ist eine der einfachsten Formen chemischer Sensoren - er verwendet Licht, um ein Bild auf seine Oberfläche zu drucken. Fotografen entwickeln ihren Film in Dunkelkammern, um ihn nicht zu zerstören, falls der Film eine chemische Reaktion auf das Licht hat.

Photodetektoren sind vielseitig einsetzbar, angefangen von teilchenerkennenden Teleskopen über Large Hadron Collider bis hin zu UV-empfindlichen Sonnenbrillen. Die meisten Fotodetektoren sind so kalibriert, dass sie Licht und Strahlung in einem sehr spezifischen Spektrum erfassen, das von Ultraviolett bis Infrarot reicht. Infrarotgeräte, wie Wärmesensoren und Fernsehfernbedienungen, verwenden Licht im Infrarotspektrum, um ein Signal zu übertragen, das von einem Detektor erfasst und interpretiert wird. Wenn eine Taste auf einer Fernsehfernbedienung gedrückt wird, sendet die Fernbedienung ein Infrarotsignal mit einer für das menschliche Auge unsichtbaren Wellenlänge aus. Der Fernseher fängt das Signal ab und interpretiert es als Befehl, die Lautstärke zu verringern, den Kanal zu wechseln oder die Stromversorgung ein- oder auszuschalten.

Photodetektoren können je nach Verwendungszweck eine Vielzahl anderer Funktionen haben. Beispielsweise verwenden Halbleiter und Halbleiterschaltungen Fotodetektoren, um elektrischen Strom zu leiten, indem sie Licht in Elektrizität umwandeln. Wenn der Halbleiter Licht in seinem Zielspektrum ausgesetzt wird, absorbiert das Halbleitermaterial Photonen, die auf Elektronen einwirken, um Elektronen-Loch-Paare zu trennen und Elektronen in einem angeregten Zustand zu erzeugen. Dieses Ergebnis ermöglicht es den Elektronen, sich frei als leitfähiges Medium zu bewegen , wodurch ein Photostrom erzeugt wird . Diese leitende Wirkung macht Halbleiter zu einer Schlüsselkomponente praktisch aller modernen Elektronik.