Coerência temporal: Uma característica importante
A coerência temporal de uma fonte de luz é determinada pela sua largura de banda espectral e descreve a forma como os trens de ondas emitidas interfererem
Exercício: Calcule o comprimento de coerência das seguintes fontes de luz:
Lâmpada espectral: temos tipicamente λ = 5000 Å e Δλ ~ 1Å.
Luz branca: agora temos λ = 5500 Å e Δλ ~ 1500 Å,
Radiação coerente (laser): um valor típico para Δν é de 104 Hz .
Fotodetectores
• Os fotodetectores são também dispositivos semicondutores, porém, com uma função inversa àquela dos lasers semicondutores, ou seja, em vez da geração de luz a partir de uma corrente elétrica, estes dispositivos convertem luz em corrente.
Os detectores mais comuns podem ser classificados da seguinte forma:
A. Os detectores térmicos
1. Termopares e termopilhas2. Bolômetros e termistores3. piroelétricos4. Pneumático ou Golay
B. Detectores Quânticos
1. fotoemissivos - fototubos e fotomultiplicadoras 2. fotocondutivos3. Fotovoltaica 4. fotográfico
Termopar
termopilha
(Termopar feitos de materiais diferentes (linhas claras e escuras) unidos nos pontos T1 e T2, onde a diferença de temperatura produz uma fementre os terminais V1 e V2.
Termopilha feito de termoparpares em série. A radiação é absorvida nas junções T1 em contato térmico com um absorvedor de preto e termicamente isolado das junções T2.
O efeito fotoelétrico fornece evidências para a natureza de partícula da luz -
“quantização”.
Einstein supôs que a luz trafega em pacotes de energiadenominados fótons.
A energia do fóton é dada por: ν= hE
O princípio de funcionamento da fotomultiplicadora é baseado no efeito fotoelétrico
Sua energia cinética, EC, é proporcional à frequência do luz incidente, ν, ou seja, a sua cor. Há uma frequência mínima, o que corresponde a uma energia mínima, chamada de função trabalho, W, que é necessária para libertar elétrons da superfície. Isto é descrito pela equação de Einstein
Quando a luz atinge um (metal) placa, fotoelétrons são liberados a partir da superfície do material.
CE h Wν= −
Uma consequência importante dessa equação é que a energia cinética dos fotoelétrons não depende da intensidade da luz.
As fotomultiplicadoras são caracterizadas por sua eficiência quântica dependente do comprimento de onda, η (λ), ou seja, a razão entre o número de fotoelétrons emitidos e o número de fótons incidentes. Quando S λ é a sensibilidade espectral do fotocátodo em A / W, e com o comprimento de onda dado em nm, a eficiência quântica pode ser calculada por
Fotodiodos
• Os fotodiodos podem ser divididos em dois dipos diferentes: PIN e avalanche
• Os fotodiodos do tipo PIN possuem uma região quase intrínseca tipo "n" entre duas regiões altamente dopadas "p" e "n" (por isso "pin")
• Os fotodiodos de avalanche possuem uma estrutura "pin" mais sofisticada de maneira que possa produzir campos elétricos extremamente intensos.
Eficiência do fotodiodo
0
/Número de Pares Elétron-Buraco livres gerados e coletados
Número de Fótons /phI e
P hfη = =
A eficiência do processo de conversão de receber fótons e gerar pares elétron-buraco é medido pela eficiência quântica (EQ) do detector:
Responsividade
A responsividade R de um fotodiodo caracteriza sua performance em termos da
fotocorrente gerada por potência óptica incidente num dado comprimento de onda,
( )( ) 0
Fotocorrente
Potência Óptica incidente phIA
RW P
= =
Relacionando com Eficiência quântica
e eR
hf hc
λη η= =
Detectores de imagem
• Usados em situações que se deseja ter resolução espacial (arranjo de fotodiodos)
Como funciona o CCD
Desenvolvido nos anos 70
como um chip de memória,
o CCD hoje trabalha como um
“chip de imagem” – um sensor
responsável por registrar a
imagem 'vista' pelos
equipamentos de captura de
imagem (câmeras de vídeo,
câmeras fotográficas e
scanners, por exemplo).
As lentes da câmera projetam
sobre o CCD a imagem, que é
convertida em impulsos
elétricos, gerando assim o
sinal de vídeo.
Como funciona o CCD
O funcionamento do CCD
Vamos do início então:
um CCD traz em sua
estrutura uma tela
gradeada, onde cada
quadradinho dessa tela
corresponde à 1 pixel –
em computação, 1 pixel é
a menor medida dentro de
uma imagem digital.
1 pixel
Como funciona o CCD
O funcionamento do CCD
Cada pixel faz o registro da intensidade de luz que é captada
da imagem visualizada / focada pela câmera, ou na mesa do
scanner, da seguinte forma: nós sabemos que qualquer
imagem é constituída por áreas distintas, com áreas mais
claras e áreas mais escuras.
Como funciona o CCD
O funcionamento do CCD
No CCD a imagem é capturada pela tela gradeada. A partir
dessa captura, cada pixel vai fazer a leitura da intensidade de
luz captada – quanto mais escuro, mas preto vai ser; quanto
mais clara, mais branca. Essa leitura, ou codificação, se dá
através de intensidade elétrica.
Como funciona o CCD
O funcionamento do CCD
Como resposta, teremos uma imagem formada por pixels
claros e escuros, a partir das áreas identificadas na imagem.
Para finalizar, cada intensidade elétrica é codificada no sistema
binário – bits responsáveis por representar a gradação entre as
áreas claras e escuras.
Comparação CCD e CMOS(Complementary Metal Oxide Semicondutor)
CCD CMOS
PixelGeração e integração de
cargas
Geração e integração de cargas e conversão de carga para
tensão
+
FotodiodoFotodiodo Amplificador
Leitura do arranjo Transferência de carga
de pixel para pixel
Multiplexação das voltagens dos pixels:
Amplificadores conectados
sucessivamentes a um barramento
comum
Sensor OutputAmplificador de saída realiza a conversão de carga-para-tensão
Várias opções possíveis: Nenhum circuito a mais (saída
analógica) amplificadores adicionais (saída
analógica) Conversão A / D (saída digital)
No modelo de óptica geométrica, a luz se propaga num meio homogêneo em trajetórias retilíneas, com velocidade c=3×108m/s no vácuo e com velocidades menores fora dele. A trajetória da luz pode ser representada por raios.
Define-se o índice de refração de um meio material como
cn
v=
Princípios básicos da óptica geométrica
Filtros Ópticos
Filtros ópScos são usados sempre que as larguras de banda de fontes de luz
deve ser limitada ou quando intensidades de luz devem ser reduzidas.
Filtros de cor
Filtros de densidade neutra