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Objectifs

Illustrer comment l'interaction matière-rayonnement permet de transférer l'information utile d'un photon à un photo-électron.

Photo-électron

L'absorption d'un photon permet à un électron du détecteur de changer d'état. Cette création d'un photo-électron par absorption d'un photon caractérise les détecteurs quantiques.

Du signal lumineux au signal enregistrable

La conversion photon + électron $\to$ photo-électron s'appuie sur différents effets.

Effet	Description	Récepteur
Effet photochimique	Changement d'état chimique	Plaques photo, plus guère employées aujourd'hui. Les photo-électrons activés par le rayonnement réduisent les ions Ag+ en argent métallique.
Effet photoélectrique	Extraction d'un électron d'un métal vers le vide	Phototube, photomultiplicateur
Effet photoconducteur	Au sein d'un semi-conducteur, l'absorption d'un photon permet à un électron de franchir le gap de la bande de valence vers la bande de conduction	Photodiode
Effet photovoltaïque	Effet photoconducteur dans une jonction PN. Un photon crée une paire électron-trou, qui se traduit pas une différence de potentiel aux bornes de la jonction ; IR lointain $\to$ radio

Rendement quantique

La probabilité $\eta$ de création d'un photoélectron, souvent appelée rendement quantique, dépend de différents paramètres, et varie fortement avec la longueur d'onde :

$\eta (\lambda) \ = \ (1-r) \ \varepsilon\ \bigl[1-\exp(-\alpha_\lambda \ell)\bigr]$

Avec les définitions suivantes :

	coefficient de réflexion à la surface du détecteur ; les photons réfléchis, repartant vers la source, ne risquent pas de créer un photo-électron
$\varepsilon$	fraction de porteurs de charge participant au courant mesuré
$\alpha_\lambda$	coefficient d'absorption du matériau : un détecteur se doit d'être absorbant.
$\ell$	épaisseur du détecteur ; plus le produit $\alpha_\lambda\ell$ augmente, plus la probabilité d'absorption d'un photon est grande