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/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / sci / physics / 23221 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1993-01-21  |  3.6 KB
  1. Path: sparky!uunet!dove!enh.nist.gov!rev
  2. From: rev@enh.nist.gov
  3. Newsgroups: sci.physics
  4. Subject: RE: photon 'detectors' - how reliable?
  5. Message-ID: <21JAN93.18141260@enh.nist.gov>
  6. Date: 21 Jan 93 23:14:12 GMT
  7. References: <wwadge.727584610@csr> <MERRITT.93Jan21103409@macro.bu.edu>
  8. Sender: news@dove.nist.gov
  9. Organization: NIST
  10. Lines: 64
  11.  
  12. >In a previous article, merritt@macro.bu.edu (Sean Merritt) wrote:
  13. >>In article <wwadge.727584610@csr> wwadge@csr.UVic.CA (Bill  Wadge) writes:
  14. >>>   Is this possible? Can one really build a device so sensitive that it will
  15. >>>   detect 100% reliably every photon that enters it, and never
  16. >>>   go off by accident?
  17. >>>
  18. >>>   Seems unlikely, but then I'm not a physicist ...
  19. >> 
  20. >>What your asking about is the "quantum efficiency" of the detector.
  21. >>If this is a device that uses a method of converting photon
  22. >>flux into an electrical current(photo-electric device) if we
  23. >>ignore noise:
  24.  
  25. [description of detector responsivity deleted]
  26.  
  27. >>the parameters here are i and Popt. It is easy to see that you
  28. >>can't hope to get 100% qe, infact real devices seldom do better
  29. >>than 25%. I think the best photomultipliers are something less
  30. >>than this. If you consider quantum noise or S/N it just lowers
  31. >>the qe more. Although it is much more mathematically complicated.
  32. >>
  33.  
  34. Depending on the photon energy this is not always the case.  Detectors that 
  35. have quantum efficiencies greater than 1 are available, but you need to work in 
  36. the extreme ultraviolet or soft x-ray region.  These are not photoemmitters, 
  37. but semicondutor devices where the incident radiation creates electron-hole 
  38. pairs in a diode.  For example, silcon has an electron-hole pair energy of 
  39. about 3.63eV (I think).  If a photon with 7.26eV is absorbed, you can get two 
  40. electron-hole pairs, and the quantum efficiency is 2, or 200% depending on how 
  41. you want to put it.
  42.  
  43. >>Usually  the qe is specified interms of wavelength, and a function
  44. >>called "responsivity" R = R (lambda).
  45. >> 
  46. >> 
  47. >>qe(lambda) = [R(lambda)*h*c]/(e*lambda)
  48. >> 
  49. >>the units of R are [area/power] power is in watts or lumens.
  50. >>somettimes itis given in [volume/power].
  51. >>
  52.  
  53. Well, we just leave it as QE(lamda) in units of electron/photon.
  54.  
  55. But returning to the original question, even though you can get more than one 
  56. electron out of your detector for every photon going in, you don't actually, 
  57. detect every photon and no others.  As was mentioned there is noise, usually 
  58. from thermal excitation of electrons.  Also there are loss mechanism that come 
  59. into play so not every photon gets detected.  There are reflections off the 
  60. front surface (and any other boundaries inside) of the detector, there are dead 
  61. regions in the detector (SiO2 absorbs photons but does not result in any signal 
  62. in a photodiode), and there is always the possibilty that the photon will just 
  63. go through the detector without interacting with it at all.
  64.  
  65. To my mind, the "perfect" detector can't be made, but it is possible to 
  66. calibrate detectors by knowing their quantum efficiency and that allows you to 
  67. do science as if you did see every photon coming your way, even when you might 
  68. only "really" see one in every ten.
  69.  
  70. +-----------------------------------------------------------------------------+
  71. +  From the desk of:            |        rev@enh.nist.gov OR rev@nbsenh       +
  72. +    Rob Vest                   |---------------------------------------------+
  73. +    National Institute of      |  Why are all the good quotes taken by       +
  74. +      Standards & Technology   |            some other .sig file??           +
  75. +-----------------------------------------------------------------------------+
  76.