Gli array di fotodiodi funzionano integrando più fotodiodi in un unico pacchetto o substrato. Ciascun fotodiodo della serie risponde in modo indipendente alla luce incidente, convertendo i fotoni in corrente elettrica in base all’intensità e alla lunghezza d’onda della luce che colpisce ciascun fotodiodo. Questi array sono comunemente utilizzati in applicazioni che richiedono risoluzione spaziale, come imaging, spettroscopia e rilevamento ottico. Disponendo i fotodiodi in una griglia o in uno schema lineare, gli array di fotodiodi possono acquisire informazioni spaziali dettagliate sulla distribuzione della luce, consentendo un rilevamento e un’analisi precisi su diverse lunghezze d’onda.
I rilevatori a serie di diodi, in particolare nel contesto della spettrofotometria, utilizzano serie di fotodiodi per rilevare la luce simultaneamente attraverso una gamma di lunghezze d’onda. Ciascun fotodiodo dell’array corrisponde a una diversa banda di lunghezze d’onda, consentendo un’analisi spettrale rapida e completa. Quando la luce passa attraverso un campione, interagisce in modo diverso con diverse lunghezze d’onda e la serie di fotodiodi rileva queste variazioni nell’intensità della luce attraverso lo spettro. Ciò consente misurazioni spettroscopiche efficienti e ad alta risoluzione in campi come la chimica, la biologia e il monitoraggio ambientale.
Il meccanismo di funzionamento di un fotodiodo prevede la conversione dell’energia luminosa in corrente elettrica attraverso l’effetto fotoelettrico. Quando i fotoni di energia sufficiente colpiscono il materiale semiconduttore del fotodiodo, creano coppie elettrone-lacuna all’interno della regione di svuotamento del diodo. Il campo elettrico presente nella regione di svuotamento separa quindi gli elettroni e le lacune, provocando un flusso di corrente attraverso un circuito esterno quando il fotodiodo è polarizzato inversamente. Questa fotocorrente è proporzionale all’intensità della luce incidente, consentendo al fotodiodo di funzionare come un rilevatore di luce sensibile in varie applicazioni.
Uno dei principali vantaggi di una serie di fotodiodi è la sua capacità di acquisire simultaneamente informazioni spaziali e dati spettrali. Integrando più fotodiodi in un formato array, diventa possibile rilevare la luce attraverso una gamma di lunghezze d’onda e posizioni con alta risoluzione. Questa capacità spaziale e spettrale è particolarmente utile nei sistemi di imaging, nella spettroscopia e nelle applicazioni di rilevamento ottico in cui è richiesta un’analisi dettagliata della distribuzione della luce e delle caratteristiche spettrali. Gli array di fotodiodi offrono maggiore sensibilità e versatilità rispetto ai fotodiodi a elemento singolo, rendendoli indispensabili nella strumentazione ottica avanzata.
La differenza principale tra una serie di fotodiodi e un fotomoltiplicatore risiede nella loro costruzione interna e nei principi di funzionamento. Una serie di fotodiodi è costituita da più fotodiodi singoli integrati in un singolo substrato o pacchetto. Ogni fotodiodo funziona in modo indipendente e risponde alla luce incidente generando una fotocorrente proporzionale all’intensità della luce. Al contrario, un tubo fotomoltiplicatore (PMT) è un singolo dispositivo a tubo a vuoto che utilizza una cascata di dinodi per amplificare la fotocorrente prodotta da un singolo fotocatodo. I PMT sono altamente sensibili e in grado di rilevare livelli di luce molto bassi, rendendoli ideali per applicazioni che richiedono sensibilità estrema, come il conteggio dei fotoni e il rilevamento di bassi livelli di luce. Inoltre, i fotomoltiplicatori offrono generalmente un guadagno più elevato e tempi di risposta più rapidi rispetto agli array di fotodiodi, ma sono più complessi e richiedono tensioni operative più elevate.