Вопрос 3. Однофотонный и многофотонный фотоэффект.

Рассмотренный нами внешний фотоэффект называется однофотонным, согласно которому каждый поглощенный квант света инициирует испускание атомом только одного электрона.

При больших интенсивностях света (лазерное излучение) возможен нелинейный многофотонный фотоэффект, который наблюдается при одновременном поглощении атомом энергии фотонов ( ). Уравнение для многофотонного фотоэффекта имеет вид:

. (17.10)

Если , где - энергия одного фотона, тогда , т.е. красная граница, выраженная в частотах, станет в раз меньше по сравнению с однофотонным фотоэффектом.

Таким образом, многофотонный фотоэффект приводит вообще к исчезновению красной границы фотоэффекта, определяемой формулой (17.6) и ее смещению в длинноволновую область шкалы электромагнитных волн.

Явление внешнего фотоэффекта используется в фотоэлементах – приборах, предназначенных для регистрации и измерения световых потоков путем преобразования световых сигналов в электрические. Вакуумный фотоэлемент представляет собой стеклянный баллон, из которого выкачан воздух. Часть внутренней поверхности его покрыта слоем металла, который является фотокатодом. Анод изготавливают в виде металлической петли или сетки, которую помещают во внутрь баллона. Вещество фотокатода подбирают в зависимости от области спектра, где будет работать фотоэлемент. Обычно на фотоэлемент подается анодное напряжение, которое обеспечивает фототок насыщения. В этом случае в соответствии с первым законом фотоэффекта сила тока в цепи фотоэлемента будет строго пропорциональна световому потоку, падающему на фотокатод.

Вакуумные фотоэлементы практически безинерционны, однако чувствительность их весьма мала, сила фототока также невелика.

Одним из способов увеличения слабых фототоков является вторичнаяэлектронная эмиссия, используемая в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ). ФЭУ представляет собой вакуумную трубку, в которой находится фотокатод и несколько анодов, называемых динодами. На каждый следующий динод подается положительный потенциал по отношению к предыдущему диноду. Слабый поток фотоэлектронов, ускоренный электрическим полем между катодом и первым динодом, вследствие вторичной электронной эмиссии выбивает большее число электронов, которые направляются ко второму диноду, и т.д. При коэффициенте вторичной электронной эмиссии ( −число падающих на динод электронов, n – число вылетающих из него электронов) в ФЭУ может достигаться усиление фототока в миллионы раз.

Выходной ток фотоумножителя обычно относительно невелик, не больше нескольких десятков миллиампер, так как назначение фотоумножителя – не получение больших выходных токов, а регистрация слабых световых потоков.