光电效应的应用guangdianxiaoying de yingyong

利用光电效应原理可制成真空光电管、充气光电管和光电倍增管等光电转换器件。最简单的真空光电管的构造如图1所示。将玻璃泡抽成真空，在内表面涂上光电材料作为阴极，阳极一般作成圆环形。把光电管接入电路中，当光照射到阴极上，电路中就会有电流通过。由于各种金属材料光电效应的红限各不相同，所以适用于不同光波范围的光电管的光电阴极材料也不相同。如用于可见光范围的光电管，光电阴极可用碱金属Li、K、Na等。用于紫外线的光电管，光电阴极采用Hg、Ag、Au等。为提高真空光电管的灵敏度，通常在玻璃泡里充入某种低压惰性气体，制成充气光电管。这种光电管中的光电子在飞向阳极的过程中与气体分子碰撞，使气体电离，从而增大了光电流，使光电管的灵敏度增加。一般真空光电管的灵敏度约为10微安/毫瓦(μA/mW)，充气光电管灵敏度可增大6～7倍。光电倍增管则灵敏度更高。其结构是在真空光电管中原阴极、阳极之间增加若干倍增电极(通常用锑—铯合金或银—镁合金制成)，分别称为第一阴极第二阴极……使用时，各电极间都加上电压，阴极电位最低，各倍增电极电位依次升高，阳极电位最高。当光照射到阴极上时，从光电阴极发射出的光电子在电场加速下，高速打在第一阴极上，引起次级发射。由于入射电子的能量很高，每一个入射电子可以激发多个次级电子，使次级电子总数比入射电子多。次级电子经电场加速又打在第二阴极上产生更多的次级电子，如此不断倍增，阳极最后收集到的电子数将达到阴极发出电子数的10⁵～10⁸倍。因此，光电倍增管的灵敏度比普通光电管高几百万倍。微弱的光照就能产生很大的电流。现在光电倍增管的品种有一百多种，除分立倍增极的光电倍增管外，还出现了连续式倍增极的光电倍增管以及真空-半导体混合式光电倍增管。利用光电效应原理，还可制成多种光电器件，它们在生产和科学技术中被广泛应用。图2是放映电影时应用光电转换来实现声音重放的装置简图。拍摄电影时的配音，是把声音信号转换为光信号。用明暗不同的条纹记录在胶片边缘的声带上。放映电影时，光源发出的光通过移动的声带后，发生强弱的变化，并被光电管所接收，光电管把强弱变化的光，转变为强弱变化的电流，经放大后由扬声器播出。此外在自动控制和自动保护的多种装置中，光电器件可用作自动开关的控制器。在各种光学分析仪器(如分光光度计、原子吸收光谱仪等)中也普遍采用光电器件测量和记录光强。

图1

图2

内光电效应的应用更为广泛。图3是利用内光电效应制成的氧化亚铜固体光电装置。它是在铜板制成的电极A上，涂一薄层氧化亚铜(Cu₂O)，在其上再涂一层薄得透明的金属（例如金）薄膜B，并以这层薄膜作为另一电极。若将两极用导线连接于电流计上，当光线透过薄膜B入射到Cu₂O上时，线路中就有电流沿箭头方向流过。Cu₂O具有半导体的性质，在光的照射下，它的束缚电子一部分被释放出来成为光电子、在铜和Cu₂O的交界处形成阻挡层而具有整流作用，因此光电子就只能从Cu₂O到铜的方向通过。这种装置无须在线路中接入外加电源，电路中就可产生电流，即它可将光能转换为电能。因此，一般称它为光电池。除Cu2O外用硒、锡等也可以制成类似的光电装置。

图 3