Взаимодействие света с веществом. Дисперсия света Различия в дифракционном и призматическом спектрах

5.4 Применение фотоэффекта

Преобразование энергии фотонов в энергию электрического тока при фотоэффекте с последующим усилением и преобразованием электронного потока в электронных и магнитных полях открывает широкие возможности для применения фотоэффекта.

Одно из основных применений внешнего фотоэффекта является его использование в приемниках света, называемыми фотоэлементами.
Схема фотоэлемента:

• 
  вакуумированная стеклянная колба;
  

• 
  фотокатод в виде полусферы;
  
• 
  кольцеобразный анод.
  

При освещении светом K из него вырываются электроны, которые двигаясь в электрическом поле, фокусируются на A, создавая фототок, доступный для измерения.
Для увеличения фототока пространство между K и A иногда заполняют газом. Тогда при соответствующих значениях напряженности поля внутри ФЭ можно добиться эффекта ударной ионизации молекул газа ускоряющимися электронами, что приводит к увеличению фототока в десятки раз, однако в этом случае утрачивается безынерционность, т.ч. газополные ФЭ применяются только при медленно меняющихся световых потоках.
ФЭ безынерционен, т.е. испускание фотоэлектронов начинается сразу же, как только на K падает свет с υ>υmin. Это свойство является еще одним подтверждением квантового характера взаимодействия света с веществом.
Согласно классическим волновым представлениям, требуется значительное время для того, чтобы эти волны заданной интенсивности могли придать электрону энергию, достаточную для совершения им работы выхода.
При очень больших интенсивностях света, достигаемых с помощью лазеров, наблюдаются многофотонный нелинейный фотоэффект. При этом электрон может одновременно получить энергию не одного, а N фотонов.
В этом случае уравнение закона сохранения энергии будет выглядеть так:

 .

Красная граница N-фотонного фотоэффекта:

 .

Для создания приборов, регистрирующих световые потоки, используется и внутренний фотоэффект.

Принципы действия фоторезистора, фотодиода, фототранзисторов – всё основано на внутреннем фотоэффекте.