Fotodetector para niños
Un fotodetector es un aparato especial que puede sentir la luz y otras formas de energía luminosa. Cuando la luz lo toca, el fotodetector la convierte en una señal eléctrica. Imagina que es como un ojo electrónico que transforma la luz en electricidad.
Algunos fotodetectores funcionan porque la luz hace que los electrones se muevan, creando una corriente eléctrica. Otros cambian su capacidad de conducir electricidad cuando reciben luz. Los que están hechos de materiales semiconductores, como los que se usan en los chips de computadora, tienen una parte llamada "unión p-n" que ayuda a convertir los pequeños paquetes de luz (llamados fotones) en electricidad.
Los fotodiodos y los fototransistores son ejemplos comunes de fotodetectores. Las celdas solares, que ves en los paneles solares, también son un tipo de fotodetector que convierte la energía de la luz del sol en energía eléctrica para usar en nuestros hogares.
Contenido
¿Qué tipos de fotodetectores existen?
Hay muchos tipos de fotodetectores, cada uno con usos diferentes. Aquí te mostramos algunos de los más conocidos:
- Fotodiodo: Es uno de los más comunes. Convierte la luz directamente en corriente eléctrica.
- Fototransistor: Es como un fotodiodo, pero también puede amplificar la señal eléctrica que produce, lo que lo hace más sensible.
- Fotorresistencia: Cambia su resistencia eléctrica (qué tan bien conduce la electricidad) cuando la luz incide sobre ella.
- Dispositivo de Carga Acoplada (CCD): Se usa mucho en cámaras digitales y telescopios para capturar imágenes.
- Sensor CMOS: Otro tipo de sensor de imagen muy popular en cámaras de teléfonos y otros dispositivos.
- Fotomultiplicador: Es muy sensible y puede detectar niveles de luz muy bajos.
¿Cómo funcionan los fotodetectores?
Los fotodetectores pueden funcionar de varias maneras, dependiendo de cómo detectan la luz:
- Efecto fotoconductor: Estos detectores cambian su capacidad de conducir electricidad cuando la luz los ilumina. La luz hace que se liberen pequeñas partículas eléctricas dentro del material, lo que mejora su conductividad.
- Efecto fotoeléctrico: En este caso, la luz hace que los electrones salgan del material. Es como si la luz "empujara" a los electrones para que se liberen.
- Efecto térmico: La luz es absorbida por el material y lo calienta. Este cambio de temperatura se puede medir para detectar la luz.
- Efectos fotoquímicos: La luz puede causar un cambio químico en el material, y este cambio se usa para detectar la luz.
Los fotodetectores pueden usarse de diferentes maneras. Un solo fotodetector puede medir la cantidad total de luz. Si se usan muchos fotodetectores juntos en una fila, como en un escáner, pueden medir cómo se distribuye la luz a lo largo de una línea. Y si se organizan en una cuadrícula, como en una cámara, pueden formar una imagen completa de lo que ven.
La mayoría de los fotodetectores están protegidos por una ventana transparente, a veces con un recubrimiento especial para que la luz pase mejor.
Tipos de fotodetectores según su estructura
Los fotodetectores también se pueden clasificar por cómo están construidos:
- Fotodetector MSM: Tiene una capa de material semiconductor entre dos electrodos de metal que parecen dedos entrelazados.
- Fotodiodos: Son los más comunes y tienen una unión especial (PN) que genera corriente cuando la luz incide sobre ella. Hay varios tipos, como los fotodiodos PIN y los fotodiodos Schottky.
- Fotodiodos de Avalancha (APD): Son fotodiodos muy sensibles que pueden amplificar la señal de luz, lo que los hace útiles para detectar luz muy débil.
- Fototransistores: Son transistores que tienen una parte sensible a la luz. La luz cambia una pequeña corriente, que a su vez controla una corriente más grande.
- Dispositivos de Carga Acoplada (CCD): Son sensores de imagen que capturan la luz como pequeñas cargas eléctricas y luego las leen para formar una imagen. Se usan en muchas cámaras digitales.
- Sensores de imagen CMOS (CIS): Son similares a los CCD, pero están hechos con una tecnología diferente que permite integrar más funciones en un solo chip, haciéndolos más pequeños y eficientes.
- Tubos fotomultiplicadores (PMT): Son detectores muy sensibles que usan un tubo de vacío para multiplicar la señal de los electrones que la luz libera, lo que los hace ideales para detectar luz muy tenue.
Cada uno de estos tipos tiene sus propias características y se usa en diferentes áreas, como la fotografía, las comunicaciones y la investigación científica.
Fotodetectores en la fibra óptica
En los sistemas de comunicación que usan fibra óptica, se utilizan dos tipos principales de fotodetectores en el extremo que recibe la señal. La señal de luz que viaja por la fibra es muy débil y necesita ser convertida en una señal eléctrica para que pueda ser procesada. El fotodetector es el primer componente en esta cadena de dispositivos.
Los dos tipos de detectores más usados en fibra óptica son los fotodiodos: el fotodetector PIN y el fotodiodo de avalancha (APD). Su trabajo es transformar la luz que llega en una corriente eléctrica.
¿Cómo funcionan en la fibra óptica?
Al igual que las fuentes de luz, los detectores ópticos están hechos de materiales semiconductores. Estos materiales, cuando reciben un fotón (un paquete de luz), generan una corriente eléctrica. La forma en que responden depende de los materiales usados y del tipo de luz (su longitud de onda).
Es importante que estos fotodiodos sean muy eficientes, que no generen mucho "ruido" (señales no deseadas), que respondan rápidamente a diferentes tipos de luz, que no les afecte mucho la temperatura, y que sean pequeños y económicos.
La eficiencia de un fotodiodo se mide por su responsividad, que es la cantidad de electricidad que produce en relación con la cantidad de luz que recibe.
Tipos de fotodiodos en fibra óptica
Los dos tipos principales son el fotodetector PIN y el fotodiodo de avalancha (APD). El APD es más sensible que el PIN, lo que significa que puede detectar señales de luz más débiles. Sin embargo, el APD es más sensible a los cambios de temperatura y más caro.
El fotodetector PIN se usa más en conexiones de fibra óptica de corta distancia. El APD es muy útil en transmisiones de larga distancia, donde la señal de luz es muy débil y se necesita una alta sensibilidad. Ambos tipos de fotodiodos pueden trabajar a velocidades muy altas para transmitir información digital.
Características importantes de los fotodetectores
Todos los fotodetectores tienen ciertas características que nos ayudan a entender cómo funcionan y para qué sirven:
- Rango de longitud de onda: Indica qué colores o tipos de luz puede detectar el fotodetector.
- Capacidad de respuesta: Mide cuánta corriente eléctrica produce el detector por cada cantidad de luz que recibe.
- Relación señal/ruido: Nos dice qué tan clara es la señal que produce el detector en comparación con el ruido (interferencias) que pueda tener.
- Velocidad de respuesta: Es el tiempo que tarda el detector en reaccionar a un cambio en la luz.
Galería de imágenes
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Un fotodetector recuperado de una unidad de CD-ROM. El fotodetector contiene tres fotodiodos, visibles en el centro de la fotografía.
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Fotomultiplicador (vista frontal)
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Fotomultiplicador (vista lateral)
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Dispositivo de carga acoplada (CCD)
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Fotodiodo
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Fototransistor
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Fotorresistor
Véase también
En inglés: Photodetector Facts for Kids
