Photodetector
फोटोडिटेक्टर, जिन्हें फोटोसेंसर भी कहा जाता है, प्रकाश या अन्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संवेदक हैं। फोटोडिटेक्टरों की एक विस्तृत विविधता है जिन्हें पता लगाने के तंत्र द्वारा वर्गीकृत किया जा सकता है, जैसे कि फोटोइलेक्ट्रिक या फोटोकेमिकल प्रभाव, या विभिन्न प्रदर्शन मेट्रिक्स, जैसे कि वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया। अर्धचालक-आधारित फोटोडिटेक्टर आमतौर पर एक पी-एन जंक्शन का उपयोग करते हैं जो फोटॉन को आवेश में परिवर्तित करता है। अवशोषित फोटॉन क्षय क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े बनाते हैं। फोटोडायोड और फोटो ट्रांजिस्टर फोटो डिटेक्टर के कुछ उदाहरण हैं। सौर कोशिकाएँ अवशोषित कुछ प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित कर देती हैं। वर्गीकरण फोटोडिटेक्टरों को उनके संचालन के तंत्र और उपकरण संरचना के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है। यहाँ सामान्य वर्गीकरण दिए गए हैंः संचालन के तंत्र के आधार पर फोटोडिटेक्टरों को पता लगाने के लिए उनके तंत्र द्वारा वर्गीकृत किया जा सकता हैः फोटोकंडक्टिव प्रभावः ये डिटेक्टर प्रकाश के संपर्क में आने पर अपनी विद्युत चालकता को बदलकर काम करते हैं। आपतित प्रकाश सामग्री में इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े उत्पन्न करता है, जिससे इसकी चालकता बदल जाती है। फोटोकंडक्टिव डिटेक्टर आमतौर पर अर्धचालकों से बने होते हैं। फोटोइमिशन या फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावः फोटॉन एक निर्वात या गैस में एक सामग्री के चालन बैंड से मुक्त इलेक्ट्रॉनों में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण का कारण बनते हैं। तापीयः फोटॉन इलेक्ट्रॉनों को मध्य-अंतराल अवस्थाओं में संक्रमण का कारण बनते हैं और फिर निचले बैंडों में वापस क्षय हो जाते हैं, जिससे फोनॉन उत्पादन होता है और इस प्रकार गर्मी होती है। ध्रुवीकरणः फोटॉन उपयुक्त पदार्थों के ध्रुवीकरण अवस्थाओं में परिवर्तन को प्रेरित करते हैं, जिससे अपवर्तन सूचकांक या अन्य ध्रुवीकरण प्रभावों में परिवर्तन हो सकता है। फोटोकेमिकलः फोटॉन किसी पदार्थ में रासायनिक परिवर्तन को प्रेरित करते हैं। कमजोर अंतःक्रिया प्रभावः फोटॉन द्वितीयक प्रभावों को प्रेरित करते हैं जैसे कि फोटॉन ड्रैग डिटेक्टर या गोले कोशिकाओं में गैस दबाव परिवर्तन। फोटोडिटेक्टर का उपयोग विभिन्न विन्यासों में किया जा सकता है। एकल संवेदक समग्र प्रकाश स्तरों का पता लगा सकते हैं। एक रेखा के साथ प्रकाश के वितरण को मापने के लिए स्पेक्ट्रोफोटोमीटर या लाइन स्कैनर की तरह फोटोडिटेक्टर की एक-डी सरणी का उपयोग किया जा सकता है। फोटोडिटेक्टरों की एक 2-डी सरणी का उपयोग एक छवि संवेदक के रूप में किया जा सकता है ताकि इससे पहले प्रकाश के पैटर्न से छवियां बनाई जा सकें। एक फोटोडिटेक्टर या सरणी आमतौर पर एक रोशनी खिड़की से ढकी होती है, जिसमें कभी-कभी एक विरोधी-परावर्तक परत होती है। उपकरण संरचना के आधार पर, फोटोडिटेक्टर को निम्नलिखित श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता हैः एमएसएम फोटोडिटेक्टरः एक धातु-अर्धचालक-धातु (एमएसएम) फोटोडिटेक्टर में दो धातु इलेक्ट्रोड के बीच एक अर्धचालक परत होती है। धातु इलेक्ट्रोड आपस में अभिकलित होते हैं, जो बारी-बारी से उंगलियों या ग्रिड की एक श्रृंखला बनाते हैं। अर्धचालक परत आमतौर पर सिलिकॉन (एस. आई.), गैलियम आर्सेनाइड (जी. ए. ए.), इंडियम फॉस्फाइड (आई. एन. पी.) या एंटीमनी सेलेनाइड (एस. बी. 2. एस. ई. 3) जैसी सामग्रियों से बनी होती है। इसकी विशेषताओं को बेहतर बनाने के लिए विभिन्न तरीकों को एक साथ नियोजित किया जाता है, जैसे कि ऊर्ध्वाधर संरचना में हेरफेर करना, नक़्क़ाशी करना, सब्सट्रेट को बदलना और प्लाज्मोनिक्स का उपयोग करना। सबसे अच्छी प्राप्त करने योग्य दक्षता एंटीमनी सेलेनाइड फोटोडिटेक्टर द्वारा दिखाई गई है। फोटोडायोडः फोटोडायोड सबसे आम प्रकार के फोटोडिटेक्टर हैं। वे पी. एन. जंक्शन वाले अर्धचालक उपकरण हैं। घटना प्रकाश जंक्शन के ह्रास क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े उत्पन्न करता है, जिससे एक फोटोक्रेंट उत्पन्न होता है। फोटोडायोड को आगे निम्न में वर्गीकृत किया जा सकता हैः ए. पिन फोटोडायोडः इन फोटोडायोड में पी और एन क्षेत्रों के बीच एक अतिरिक्त आंतरिक (I) क्षेत्र होता है, जो कमी क्षेत्र का विस्तार करता है और उपकरण के प्रदर्शन में सुधार करता है। ख. स्कॉटकी फोटोडायोडः स्कॉटकी फोटोडायोड में पीएन जंक्शन के बजाय धातु-अर्धचालक जंक्शन का उपयोग किया जाता है। वे उच्च गति प्रतिक्रिया प्रदान करते हैं और आमतौर पर उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं। हिमस्खलन फोटोडायोड (एपीडी): एपीडी विशेष फोटोडायोड हैं जो हिमस्खलन गुणन को शामिल करते हैं। उनके पास पी. एन. जंक्शन के पास एक उच्च विद्युत क्षेत्र क्षेत्र है, जो प्रभाव आयनीकरण का कारण बनता है और अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े का उत्पादन करता है। यह आंतरिक प्रवर्धन पहचान की संवेदनशीलता में सुधार करता है। एपीडी का व्यापक रूप से उन अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जिनमें उच्च संवेदनशीलता की आवश्यकता होती है, जैसे कि कम-प्रकाश इमेजिंग और लंबी दूरी के ऑप्टिकल संचार। फोटोट्रांसिस्टरः फोटोट्रांसिस्टर्स एक प्रकाश-संवेदनशील आधार क्षेत्र वाले ट्रांजिस्टर होते हैं। आपतित प्रकाश आधार धारा में परिवर्तन का कारण बनता है, जो ट्रांजिस्टर के संग्राहक धारा को नियंत्रित करता है। फोटोट्रांसिस्टर प्रवर्धन प्रदान करते हैं और उनका उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जा सकता है जिनके लिए पहचान और संकेत प्रवर्धन दोनों की आवश्यकता होती है। चार्ज-कपल्ड डिवाइस (सी. सी. डी.): सी. सी. डी. छोटे संधारित्रों की एक श्रृंखला से बने इमेजिंग सेंसर हैं। घटना प्रकाश संधारित्रों में आवेश उत्पन्न करता है, जिसे क्रमिक रूप से पढ़ा जाता है और एक छवि बनाने के लिए संसाधित किया जाता है। सीसीडी का उपयोग आमतौर पर डिजिटल कैमरों और वैज्ञानिक इमेजिंग अनुप्रयोगों में किया जाता है। सी. एम. ओ. एस. इमेज सेंसर (सी. आई. एस.): सी. एम. ओ. एस. इमेज सेंसर पूरक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (सी. एम. ओ. एस.) प्रौद्योगिकी पर आधारित होते हैं। वे एक ही चिप पर फोटोडिटेक्टर और सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किटरी को एकीकृत करते हैं। सी. एम. ओ. एस. छवि संवेदकों ने अपनी कम बिजली खपत, उच्च एकीकरण और मानक सी. एम. ओ. एस. निर्माण प्रक्रियाओं के साथ संगतता के कारण लोकप्रियता हासिल की है। फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब (पी. एम. टी.): पी. एम. टी. वैक्यूम ट्यूब आधारित फोटोडिटेक्टर हैं। इनमें एक फोटोकैथोड होता है जो प्रज्ज्वलित होने पर इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है, इसके बाद डायनोड की एक श्रृंखला होती है जो द्वितीयक उत्सर्जन के माध्यम से इलेक्ट्रॉन प्रवाह को गुणा करती है। पी. एम. टी. उच्च संवेदनशीलता प्रदान करते हैं और उन अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जिनके लिए कम प्रकाश का पता लगाने की आवश्यकता होती है, जैसे कि कण भौतिकी प्रयोग और चमक डिटेक्टर। ये उपकरण संरचना पर आधारित कुछ सामान्य फोटोडिटेक्टर हैं। इमेजिंग, संचार, संवेदन और वैज्ञानिक अनुसंधान सहित विभिन्न क्षेत्रों में प्रत्येक प्रकार की अपनी विशेषताएँ, लाभ और अनुप्रयोग हैं। गुण कई प्रदर्शन मेट्रिक्स हैं, जिन्हें योग्यता के आंकड़े भी कहा जाता है, जिनके द्वारा फोटोडिटेक्टरों की विशेषता है और क्वांटम दक्षता की तुलना की जाती हैः प्रति फोटॉन उत्पन्न वाहक (इलेक्ट्रॉन या छेद) की संख्या। प्रतिक्रियाः फोटोडिटेक्टर पर पड़ने वाली कुल प्रकाश शक्ति द्वारा विभाजित उत्पादन धारा। शोर-समतुल्य शक्तिः उपकरण के शोर के आकार में तुलनीय संकेत उत्पन्न करने के लिए आवश्यक प्रकाश शक्ति की मात्रा। डिटेक्टिविटीः डिटेक्टर क्षेत्र का वर्गमूल शोर समतुल्य शक्ति से विभाजित होता है। लाभः एक फोटोडिटेक्टर का आउटपुट करंट जो डिटेक्टर पर फोटॉन की घटना द्वारा सीधे उत्पादित करंट से विभाजित होता है, यानी अंतर्निहित करंट गेन। डार्क करंटः प्रकाश की अनुपस्थिति में भी एक फोटोडिटेक्टर के माध्यम से बहने वाली धारा। प्रतिक्रिया समयः एक फोटोडिटेक्टर को अंतिम उत्पादन के 10 प्रतिशत से 90 प्रतिशत तक जाने के लिए आवश्यक समय। शोर वर्णक्रमः आवृत्ति के एक कार्य के रूप में आंतरिक शोर वोल्टेज या धारा। इसे शोर वर्णक्रमीय घनत्व के रूप में दर्शाया जा सकता है। अरैखिकता आर. एफ.-आउटपुट फोटोडिटेक्टर स्पेक्ट्रल प्रतिक्रिया की अरैखिकता द्वारा सीमित हैः फोटॉन आवृत्ति के एक कार्य के रूप में एक फोटोडिटेक्टर की प्रतिक्रिया। उपप्रकार तंत्र द्वारा समूहीकृत, फोटोडिटेक्टर में निम्नलिखित उपकरण शामिल हैंः प्रकाश उत्सर्जन या फोटोइलेक्ट्रिक गैसीय आयनीकरण डिटेक्टर का उपयोग प्रायोगिक कण भौतिकी में गैस परमाणुओं या अणुओं को आयनीकृत करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा वाले फोटॉन और कणों का पता लगाने के लिए किया जाता है। आयनीकरण द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रॉन और आयन एक धारा प्रवाह का कारण बनते हैं जिसे मापा जा सकता है। फोटोमल्टीप्लायर ट्यूबों में एक फोटोकैथोड होता है जो प्रज्ज्वलित होने पर इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है, फिर इलेक्ट्रॉनों को डायनोड की एक श्रृंखला द्वारा प्रवर्धित किया जाता है। फोटोट्यूब में एक फोटोकैथोड होता है जो प्रकाशित होने पर इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है, जैसे कि ट्यूब प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती धारा का संचालन करती है। माइक्रो चैनल प्लेट डिटेक्टर इलेक्ट्रॉनों को गुणा करने के लिए एक तंत्र के रूप में एक झरझरा कांच के सब्सट्रेट का उपयोग करते हैं। इनका उपयोग ऊपर वर्णित फोटोमल्टीप्लायर की तरह एक फोटोकैथोड के साथ संयोजन में किया जा सकता है, जिसमें डायनोड चरण के रूप में कार्य करने वाले झरझरा कांच के सब्सट्रेट के साथ अर्धचालक सक्रिय-पिक्सेल संवेदक (एपीएस) छवि संवेदक हैं। आमतौर पर एक पूरक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (सी. एम. ओ. एस.) प्रक्रिया में निर्मित, और सी. एम. ओ. एस. छवि संवेदक के रूप में भी जाना जाता है, ए. पी. एस. आमतौर पर सेल फोन कैमरों, वेब कैमरों और कुछ डी. एस. एल. आर. में उपयोग किया जाता है। कैडमियम जिंक टेलुराइड रेडिएशन डिटेक्टर कमरे के तापमान पर प्रत्यक्ष-रूपांतरण (या फोटोकंडक्टिव) मोड में काम कर सकते हैं, कुछ अन्य सामग्रियों (विशेष रूप से जर्मेनियम) के विपरीत जिन्हें तरल नाइट्रोजन शीतलन की आवश्यकता होती है। उनके सापेक्ष लाभों में एक्स-रे और गामा-रे के लिए उच्च संवेदनशीलता, सीडी और टीई की उच्च परमाणु संख्या के कारण, और सिंटिलेटर डिटेक्टर की तुलना में बेहतर ऊर्जा संकल्प शामिल हैं। चार्ज-कपल्ड डिवाइस (सी. सी. डी.) छवि संवेदक हैं जिनका उपयोग खगोल विज्ञान, डिजिटल फोटोग्राफी और डिजिटल सिनेमेटोग्राफी में छवियों को रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता है। 1990 के दशक से पहले, खगोल विज्ञान में फोटोग्राफिक प्लेटें सबसे आम थीं। खगोलीय उपकरणों की अगली पीढ़ी, जैसे कि एस्ट्रो-ई2 में क्रायोजेनिक डिटेक्टर शामिल हैं। एच. जी. सी. डी. टी. ई. अवरक्त डिटेक्टर। पहचान तब होती है जब पर्याप्त ऊर्जा का एक अवरक्त फोटॉन वैलेंस बैंड से चालन बैंड तक एक इलेक्ट्रॉन को लात मारता है। इस तरह के इलेक्ट्रॉन को एक उपयुक्त बाहरी रीडआउट इंटीग्रेटेड सर्किट (आरओआईसी) द्वारा एकत्र किया जाता है और एक विद्युत संकेत में बदल दिया जाता है। एल. ई. डी. जो फोटोडायोड के रूप में कार्य करने के लिए विपरीत-पक्षपाती होते हैं। एल. ई. डी. को फोटोडायोड प्रकाश संवेदक के रूप में देखें। फोटोरेसिस्टर या लाइट डिपेंडेंट रेसिस्टर (एल. डी. आर.) जो प्रकाश की तीव्रता के अनुसार प्रतिरोध को बदलते हैं। आम तौर पर एल. डी. आर. का प्रतिरोध प्रकाश की बढ़ती तीव्रता के साथ कम हो जाता है। फोटोडायोड जो फोटोवोल्टिक मोड या फोटोकंडक्टिव मोड में काम कर सकते हैं। फोटोडायोड को अक्सर कम शोर वाले एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ जोड़ा जाता है ताकि फोटोक्रेंट को एक वोल्टेज में परिवर्तित किया जा सके जिसे डिजिटल किया जा सके। फोटोट्रांसिस्टर, जो फोटोडायोड को बढ़ाने का काम करते हैं। पिन किए गए फोटोडायोड, कम अंतराल, कम शोर, उच्च क्वांटम दक्षता और कम गहरे प्रवाह के साथ एक फोटोडिटेक्टर संरचना, जिसका व्यापक रूप से अधिकांश सी. सी. डी. और सी. एम. ओ. एस. छवि सेंसर में उपयोग किया जाता है। क्वांटम डॉट फोटोकंडक्टर्स या फोटोडायोड्स, जो दृश्य और अवरक्त वर्णक्रमीय क्षेत्रों में तरंग दैर्ध्य को संभाल सकते हैं। सेमीकंडक्टर डिटेक्टर गामा और एक्स-रे स्पेक्ट्रोमेट्री में और कण डिटेक्टर के रूप में कार्यरत हैं। सिलिकॉन ड्रिफ्ट डिटेक्टर (एस. डी. डी.) एक्स-रे विकिरण डिटेक्टर हैं जिनका उपयोग एक्स-रे स्पेक्ट्रोमेट्री (ई. डी. एस.) और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (ई. डी. एक्स.) में किया जाता है। फोटोवोल्टिक फोटोवोल्टिक कोशिकाएँ या सौर कोशिकाएँ जो एक वोल्टेज का उत्पादन करती हैं और सूर्य के प्रकाश या कुछ प्रकार के प्रकाश के चमकने पर विद्युत प्रवाह की आपूर्ति करती हैं। थर्मल बोलोमीटर एक तापमान-निर्भर विद्युत प्रतिरोध के साथ एक सामग्री के ताप के माध्यम से घटना विद्युत चुम्बकीय विकिरण की शक्ति को मापते हैं। माइक्रोबोलोमीटर एक विशिष्ट प्रकार का बोलोमीटर है जिसका उपयोग थर्मल कैमरे में डिटेक्टर के रूप में किया जाता है। क्रायोजेनिक डिटेक्टर एकल एक्स-रे, दृश्यमान और अवरक्त फोटॉन की ऊर्जा को मापने के लिए पर्याप्त रूप से संवेदनशील होते हैं। पायरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर फोटॉनों का पता उनके द्वारा उत्पन्न गर्मी और पायरोइलेक्ट्रिक पदार्थों में उत्पन्न बाद के वोल्टेज के माध्यम से लगाते हैं। थर्मोपाइल्स गर्मी के माध्यम से विद्युत चुम्बकीय विकिरण का पता लगाते हैं, फिर थर्मोकपल्स में वोल्टेज उत्पन्न करते हैं। गोले कोशिकाएँ गैस से भरे कक्ष में उत्पन्न गर्मी से फोटॉन का पता लगाती हैं, जिससे गैस का विस्तार होता है और एक लचीली झिल्ली को विकृत करता है जिसका विक्षेपण मापा जाता है। रेटिना में फोटोकेमिकल फोटोरिसेप्टर कोशिकाएं, उदाहरण के लिए, एक रोडोप्सिन फोटॉन-प्रेरित रासायनिक कैस्केड के माध्यम से प्रकाश का पता लगाती हैं। रासायनिक डिटेक्टर, जैसे फोटोग्राफिक प्लेट, जिसमें एक सिल्वर हैलाइड अणु धातु चांदी के परमाणु और एक हैलोजन परमाणु में विभाजित होता है। फोटोग्राफिक डेवलपर निकटवर्ती अणुओं को इसी तरह विभाजित करता है। ध्रुवीकरण फोटोरिफ्रैक्टिव प्रभाव का उपयोग होलोग्राफिक डेटा भंडारण में किया जाता है। ध्रुवीकरण-संवेदनशील फोटोडिटेक्टर वांछित रैखिक ध्रुवीकरण के फोटॉन का पता लगाने के लिए प्रकाशिक रूप से अनिसोट्रोपिक सामग्री का उपयोग करते हैं। ग्राफीन/सिलिकॉन फोटोडिटेक्टर एक ग्राफीन/एन-प्रकार सिलिकॉन हेटेरोजंक्शन को मजबूत सुधारात्मक व्यवहार और उच्च फोटोरेस्पोंसिविटी प्रदर्शित करने के लिए प्रदर्शित किया गया है। एक संकर फोटोडिटेक्टर बनाने के लिए ग्राफीन को थोक सी के ऊपर सिलिकॉन क्वांटम डॉट्स (सी. क्यू. डी.) के साथ जोड़ा जाता है। एस. आई. क्यू. डी. फोटोडिटेक्टर के ऑप्टिकल परावर्तन को कम करते हुए ग्राफीन/एस. आई. स्कॉटकी जंक्शन की अंतर्निहित क्षमता में वृद्धि का कारण बनते हैं। एस. आई. क्यू. डी. के विद्युत और ऑप्टिकल दोनों योगदान फोटोडिटेक्टर के बेहतर प्रदर्शन को सक्षम करते हैं। प्रकाश नियंत्रण प्रणाली सेंसरों की सूची ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर फोटोसेन्सिटिविटी रीडआउट इंटीग्रेटेड सर्किट रेजोनेंट-गुहा-वर्धित फोटो डिटेक्टर फोटोडिटेक्शन संदर्भ बाहरी लिंक