Photomultiplicateurs

Les cellules photo-électriques ne sont pas assez sensibles pour déceler de faibles intensités lumineuses. Les photomultiplicateurs, qui utilisent l’émission secondaire, sont des détecteurs de lumière très sensibles.

Si la surface d’une anode est recouverte d’un alliage d’argent et de magnésium, un électron incident peut libérer plusieurs électrons secondaires (fig. 6). Une électrode ainsi traitée s’appelle une dynode. Si le photomultiplicateur comporte une dizaine de dynodes (fig. 7), l’amplification peut atteindre 10⁹.

Les photomultiplicateurs sont utilisés pour la mesure des très faibles intensités lumineuses ou pour l’étude des radiations nucléaires.

Photoconductivité

Si on éclaire un cristal semi-conducteur, les atomes sont ionisés en plus grand nombre, car l’apport d’énergie lumineuse augmente les concentrations en porteurs libres du cristal. La résistivité de celui-ci diminue.

L’augmentation de conductivité est essentiellement due aux transitions énergétiques bande de valence-bande de conduction (excitation intrinsèque), les impuretés jouant un rôle négligeable.

Pour le silicium, l’énergie d’ionisation W_i vaut 1,1 eV à température ordinaire ; la longueur d’onde seuil vaut soit 1 130 nm, ce qui correspond à une radiation infrarouge.

Cet effet de la lumière est utilisé dans les cellules photorésistantes. La plus employée actuellement est la cellule au sulfure de cadmium. La variation de résistance est importante (de 10⁶ Ω à 10 Ω). On insère la cellule photorésistante dans un circuit électrique (fig. 8) comprenant une pile électrique et un ampèremètre, dont l’indication varie avec la quantité de lumière qui atteint la surface sensible. Actuellement, la plupart des caméras et des appareils photographiques comportent une cellule incorporée.

Photodiode

Une photodiode est une diode à jonction P-N semi-conductrice. Elle est constituée d’un petit boîtier dont une face est transparente (fig. 9). En l’absence de radiation lumineuse, le courant de la diode polarisée en inverse est très faible. Par contre, lorsqu’une radiation lumineuse atteint le cristal semi-conducteur, elle ionise les atomes du cristal ; le courant augmente (fig. 10).

Citons quelques applications de la photodiode :
— la lecture optique rapide des cartes et des rubans perforés des ordinateurs ;
— le comptage, les objets à compter interrompant un faisceau lumineux éclairant une photodiode (fig. 11) ;
— les systèmes de détection lumineuse.

Photopiles ou cellules photovoltaïques

Il s’agit encore d’une diode à jonction P-N insérée dans un boîtier dont une face est transparente. Lorsque la photopile est éclairée, une f. é. m. apparaît en circuit ouvert à ses bornes (fig. 12). Donc, la photopile est un générateur électrique qui transforme de l’énergie lumineuse en énergie électrique.

La f. é. m. est de l’ordre de 0,5 V pour un élément au silicium. En groupant de tels éléments en série, on peut obtenir des f. é. m. élevées (fig. 13).

Lorsque l’énergie lumineuse provient du Soleil, on obtient des batteries solaires. Ces dernières sont utilisées, en astronautique, pour alimenter en énergie électrique les satellites devant accomplir un service prolongé ; des batteries solaires permettent de recharger une batterie d’accumulateurs auxiliaire.

Actuellement, les photopiles sont au silicium ou au tellurure de cadmium. Elles permettent une conversion directe d’énergie solaire en énergie électrique avec un rendement atteignant de 10 à 15 p. 100. Les photodiodes correspondent à des applications dont le nombre est en forte croissance, ce qui en favorise l’industrialisation. Elles permettent des conditions de longévité, de sécurité et d’encombrement inégalées par ailleurs.

Opto-électronique

La photo-électricité permet le passage d’énergie lumineuse en énergie électrique. La transformation inverse, d’énergie électrique en énergie lumineuse, est très récente : citons par exemple les diodes électroluminescentes à l’arséniure de gallium. Excitées électriquement, elles émettent une intense lumière rouge, utilisée dans des dispositifs d’affichage numérique.

On désigne sous le nom de photocoupleurs (fig. 14) des composants regroupant sous un même boîtier une diode électroluminescente et une photodiode ou un phototransistor. Ces derniers permettent une commande électrique, avec un circuit de contrôle isolé de l’utilisation.

R. B.

➙ Électronique.

 J. Terrien, la Cellule photo-électrique (P. U. F., coll. « Que sais-je ? », 1947 ; 5^e éd. 1974). / V. K. Zworykin et E. G. Ramberg, Photoelectricity and its Applications (New York, 1949 ; trad. fr. la Photo-électricité et ses applications, Dunod, 1953). / P. Vernier l’Émission photo-électrique et ses applications (Dunod, 1963).