Fotodiodenarrays funktionieren durch die Integration mehrerer Fotodioden in einem einzigen Gehäuse oder Substrat. Jede Fotodiode im Array reagiert unabhängig auf einfallendes Licht und wandelt Photonen in elektrischen Strom um, basierend auf der Intensität und Wellenlänge des Lichts, das auf jede Fotodiode trifft. Diese Arrays werden häufig in Anwendungen verwendet, die eine räumliche Auflösung erfordern, wie z. B. Bildgebung, Spektroskopie und optische Sensorik. Durch die Anordnung von Fotodioden in einem Gitter oder linearen Muster können Fotodiodenarrays detaillierte räumliche Informationen der Lichtverteilung erfassen und so eine präzise Erkennung und Analyse über verschiedene Wellenlängen hinweg ermöglichen.
Diodenarray-Detektoren, insbesondere im Zusammenhang mit der Spektrophotometrie, nutzen Fotodiodenarrays, um Licht über einen Bereich von Wellenlängen gleichzeitig zu erfassen. Jede Fotodiode im Array entspricht einem anderen Wellenlängenband, was eine schnelle und umfassende Spektralanalyse ermöglicht. Wenn Licht eine Probe durchdringt, interagiert es unterschiedlich mit unterschiedlichen Wellenlängen, und das Fotodiodenarray erkennt diese Variationen der Lichtintensität im gesamten Spektrum. Dies ermöglicht effiziente und hochauflösende spektroskopische Messungen in Bereichen wie Chemie, Biologie und Umweltüberwachung.
Der Funktionsmechanismus einer Fotodiode beinhaltet die Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom durch den fotoelektrischen Effekt. Wenn Photonen ausreichender Energie auf das Halbleitermaterial der Fotodiode treffen, erzeugen sie Elektron-Loch-Paare im Verarmungsbereich der Diode. Das im Verarmungsbereich vorhandene elektrische Feld trennt dann die Elektronen und Löcher und verursacht einen Stromfluss durch einen externen Stromkreis, wenn die Fotodiode in Sperrrichtung vorgespannt ist. Dieser Fotostrom ist proportional zur Intensität des einfallenden Lichts, sodass die Fotodiode in verschiedenen Anwendungen als empfindlicher Lichtdetektor fungieren kann.
Einer der Hauptvorteile eines Fotodiodenarrays ist seine Fähigkeit, räumliche Informationen und Spektraldaten gleichzeitig zu erfassen. Durch die Integration mehrerer Fotodioden in ein Array-Format wird es möglich, Licht über einen Bereich von Wellenlängen und Positionen hinweg mit hoher Auflösung zu erfassen. Diese räumliche und spektrale Fähigkeit ist besonders nützlich in Bildgebungssystemen, Spektroskopie und optischen Sensoranwendungen, bei denen eine detaillierte Analyse der Lichtverteilung und der spektralen Eigenschaften erforderlich ist. Fotodiodenarrays bieten im Vergleich zu Einzelelement-Fotodioden eine höhere Empfindlichkeit und Vielseitigkeit und sind daher in modernen optischen Instrumenten unverzichtbar.
Der Hauptunterschied zwischen einem Photodiodenarray und einem Photomultiplier liegt in ihrem internen Aufbau und ihren Funktionsprinzipien. Ein Fotodiodenarray besteht aus mehreren einzelnen Fotodioden, die in einem einzigen Substrat oder Gehäuse integriert sind. Jede Fotodiode arbeitet unabhängig und reagiert auf einfallendes Licht, indem sie einen zur Lichtintensität proportionalen Fotostrom erzeugt. Im Gegensatz dazu ist eine Photomultiplier-Röhre (PMT) ein einzelnes Vakuumröhrengerät, das eine Kaskade von Dynoden nutzt, um den von einer einzelnen Photokathode erzeugten Photostrom zu verstärken. PMTs sind hochempfindlich und in der Lage, sehr geringe Lichtstärken zu erkennen, was sie ideal für Anwendungen macht, die eine extreme Empfindlichkeit erfordern, wie z. B. Photonenzählung und Erkennung geringer Lichtstärken. Darüber hinaus bieten Photomultiplier im Vergleich zu Photodiodenarrays im Allgemeinen eine höhere Verstärkung und schnellere Reaktionszeiten, sind jedoch komplexer und erfordern höhere Betriebsspannungen.