Détection quantique


Apprendre

objectifsObjectifs

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 chimiquePlaques photo, plus guère employées aujourd'hui. Les photo-électrons activés par le rayonnement réduisent les ions Ag+ en argent métallique.
Effet photoélectriqueExtraction d'un électron d'un métal vers le vide Phototube, photomultiplicateur
Effet photoconducteurAu 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 photovoltaïqueEffet 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 :

r 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

S'exercer

qcmQCM

1)  La surface d'un bon détecteur se caractérise par un coefficient de réflexion



2)  Un bon détecteur se caractérise par une fraction de porteur de charge participant au courant mesuré



3)  Un bon détecteur se caractérise par un coefficient d'absorption




Réponses aux QCM

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QCM