Fotodiode-arrays werken door meerdere fotodiodes in één pakket of substraat te integreren. Elke fotodiode in de array reageert onafhankelijk op invallend licht en zet fotonen om in elektrische stroom op basis van de intensiteit en golflengte van het licht dat op elke fotodiode valt. Deze arrays worden vaak gebruikt in toepassingen die ruimtelijke resolutie vereisen, zoals beeldvorming, spectroscopie en optische detectie. Door fotodiodes in een raster of lineair patroon te plaatsen, kunnen fotodiode-arrays gedetailleerde ruimtelijke informatie over de lichtverdeling vastleggen, waardoor nauwkeurige detectie en analyse over verschillende golflengten mogelijk wordt.
Diode-array-detectoren, specifiek in de context van spectrofotometrie, maken gebruik van fotodiode-arrays om tegelijkertijd licht over een reeks golflengten te detecteren. Elke fotodiode in de array komt overeen met een andere golflengteband, waardoor snelle en uitgebreide spectrale analyse mogelijk is. Wanneer licht door een monster gaat, reageert het op verschillende golflengten, en de fotodiode-array detecteert deze variaties in lichtintensiteit over het hele spectrum. Dit maakt efficiënte spectroscopische metingen met hoge resolutie mogelijk op gebieden als chemie, biologie en milieumonitoring.
Het werkingsmechanisme van een fotodiode omvat de omzetting van lichtenergie in elektrische stroom door middel van het foto-elektrisch effect. Wanneer fotonen met voldoende energie het halfgeleidermateriaal van de fotodiode treffen, creëren ze elektronen-gatparen binnen het uitputtingsgebied van de diode. Het elektrische veld dat aanwezig is in het uitputtingsgebied scheidt vervolgens de elektronen en gaten, waardoor een stroom door een extern circuit ontstaat wanneer de fotodiode in tegengestelde richting is voorgespannen. Deze fotostroom is evenredig met de intensiteit van het invallende licht, waardoor de fotodiode in verschillende toepassingen kan functioneren als een gevoelige lichtdetector.
Een van de belangrijkste voordelen van een fotodiode-array is het vermogen ervan om tegelijkertijd ruimtelijke informatie en spectrale gegevens vast te leggen. Door meerdere fotodiodes in een array-formaat te integreren, wordt het mogelijk om licht met een hoge resolutie over een reeks golflengten en posities te detecteren. Deze ruimtelijke en spectrale capaciteit is vooral nuttig in beeldvormingssystemen, spectroscopie en optische detectietoepassingen waarbij gedetailleerde analyse van lichtverdeling en spectrale kenmerken vereist is. Fotodiode-arrays bieden verbeterde gevoeligheid en veelzijdigheid in vergelijking met fotodiodes met één element, waardoor ze onmisbaar zijn in geavanceerde optische instrumentatie.
Het belangrijkste verschil tussen een fotodiode-array en een fotomultiplier ligt in hun interne constructie en werkingsprincipes. Een fotodiode-array bestaat uit meerdere individuele fotodiodes geïntegreerd in een enkel substraat of pakket. Elke fotodiode werkt onafhankelijk en reageert op invallend licht door een fotostroom te genereren die evenredig is met de lichtintensiteit. Een fotomultiplicatorbuis (PMT) is daarentegen een apparaat met een enkele vacuümbuis dat een cascade van dynodes gebruikt om de fotostroom te versterken die door een enkele fotokathode wordt geproduceerd. PMT’s zijn zeer gevoelig en kunnen zeer lage lichtniveaus detecteren, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen die extreme gevoeligheid vereisen, zoals het tellen van fotonen en detectie van weinig licht. Bovendien bieden fotomultiplicatoren over het algemeen een hogere versterking en snellere responstijden vergeleken met fotodiode-arrays, maar zijn ze complexer en vereisen ze hogere bedrijfsspanningen.