Fotorivelatore

Un fotorivelatore è un dispositivo in grado di rivelare la radiazione elettromagnetica, fornendo in uscita un segnale avente un'intensità di corrente o una differenza di potenziale proporzionale all'intensità della radiazione rilevata.

Alcuni esempi di sensori ottici

Tipologie e utilizzo

Un fotorivelatore per CD-ROM contenente 3 fotodiodi

Esistono tipi diversi di fotorivelatore, realizzati in base a diversi effetti di interazione tra la radiazione e la materia. In particolare possono differire per la porzione di spettro elettromagnetico che sono in grado di rilevare, e per l'intensità luminosa minima che riescono a misurare (alcuni sono in grado di rilevare i singoli fotoni).

Questi dispositivi sono indicati anche con il termine fotocellula^[1].

Le applicazioni di questi dispositivi sono molteplici. Vanno dai dispositivi d'allarme agli automatismi per cancelli o porte, inoltre i cronometri di molte discipline sportive sono collegati a fotocellule. Le cellule fotoelettriche possono comandare l'accensione di lampade a seconda della luminosità presente, negli anni 60 alcuni costruttori di televisori tra i quali CGE, impiegavano una fotocellula per adeguare la luminosità dell'immagine in bianco e nero, alla luminosità dell'ambiente.

Inoltre sono utilizzati in ogni campo in cui sia necessario misurare l'intensità luminosa, ad esempio nella spettroscopia o nella fotometria, e nella fotografia.

Tipi di fotorivelatori

Fotorivelatori basati sull'effetto fotoelettrico o effetto fotovoltaico:

• basati su semiconduttore:
  • fotoresistenza: basato sulle cariche fotogenerate (cioè sugli elettroni eccitati dalla luce incidente dalla banda di valenza alla banda di conduzione) in un semiconduttore
  • fotodiodo: basato sulle cariche fotogenerate in una giunzione p-n
  • cella fotovoltaica: simile ad un fotodiodo, ma non deve essere polarizzata per funzionare
  • fototransistor: simile ad un fotodiodo, ma con amplificazione del segnale
  • sensore di immagini (sensori digitali): circuiti integrati basati su cariche fotogenerate in un semiconduttore di tipo Charge Coupled Device (CCD), Charge Injection Device (CID) e CMOS, che permette di ricostruire un'immagine ottica
• basati su tubi a vuoto:
  • fototubo: la luce provoca l'emissione di elettroni da un catodo in un tubo a vuoto
  • fotomoltiplicatore: simile ad un fototubo, ma con un'amplificazione degli elettroni emessi (dinodo)

Fotorivelatori basati su effetti termici:

• bolometro: misura dell'aumento di temperatura dovuto alla luce tramite una termoresistenza
• cella di Golay: misura l'intensità di luce dall'aumento della pressione di un gas dovuto al riscaldamento per irraggiamento
• rivelatore piroelettrico: sfrutta la piroelettricità

Caratteristiche dei fotorivelatori

Indipendentemente dal principio di funzionamento, tutti i fotorivelatori sono caratterizzati da alcune quantità:

• l'intervallo di lunghezze d'onda in cui il rivelatore funziona
• la responsività, cioè il rapporto tra la fotocorrente e la potenza ottica incidente; nei rivelatori basati sull'effetto fotoelettrico si considera anche l'efficienza quantica, cioè il numero di cariche generate per fotone incidente
• il rapporto segnale/rumore e l'intensità minima rivelabile
• la velocità di risposta