Было показано, что при наклоном падение световой волны фототок,вызываемый светом ,значительно меньше фототока, вызванного светом º той же интенсивонсти, что и свет .Эта зависимость фотоэффекта называется поляризационной селективностью или векториальным эффектом.

На рис.9 (а,б) показаны

Рис 9 (а)

Зависимость фотоэффекта от длины волны электрического вектора

колеблещегося в плоскости падения

Рис 9 (б)

Зависимость фотоэффекта от длины электрического вектора

колеблещегося в плоскости параллельной плоскости падения

спектральные характеристики фотоэффекта для и º с жидкого сплава натрия и калия.Можно видеть,что спектральная селективность обусловлена светом.Векториальный эффект существенно зависит от угла падения света.На рис. показана зависимость фототока от угла падения для света сиº.Следует заметить, что исследование векториального эффекта требует достаточно гладкой поверхности фотокатода, так как при наличии шероховатости поляризованный свет будет иметь различную поляризацию по отношению к плоскости падения на различно ориентированных элементах поверхности шероховатого фотокатода.Наилушими обьектами для подобых исследований являются поверхности жидких фотокатодов.Первоначальное обьяснение селективного фотоэффекта связывалость с особой ориентацией атомов в фоточувствительном слое, с ионизационными потенциалами атомов этого слоя,со специальными условиями прохождения электронов сквозь потенциальный барьер на границе и др.Существенными для понимания селективного фотоэффекта оказались работы Айвса и его сотрудников.В них было учтено то очевидное теперь положение,что фототок должен быть пропорционален не количеству световой энергии, падающей на фотокатод , и не количеству ее,поглощенному во всей толще этого катода,а количеству,поглощенному в том слое его,из которого выходят фотоэлектроны.Количество поглощеной в этом слое энергии пропорционально поглощательной способности слоя для света частоты ,используемой в опыте , и плотности световой энергии в этом слое(а не потоку,падаещему наповерхность).Естественно поэтому, что лишь световое поле в этом тонком поверхностном слое и определяет силу фототока.

квантомеханическая теория фотоэффекта

Основы квантомеханической теории фотоелектронной эмиссии металлов были созданы И. Е. Таммом и С. П. Шубиным и впоследствии уточнены и дополнены Митчелом и другими исследователями . Об исходных положениях теории Тамма-Шубина-Митчела и ее результатах мы здесь скажем только очень немного .

При построении теории прежде всего надо было выяснить , каким образом свободные электроны металла могут поглащать фотоны. Дело в том , что совершенно не связанный электрон не может целиком поглотить фотон , так как при этом нельзя одновременно удовлетворить законам сохранения энергии и сохранения импульса .

Например , для наиболее простого сучая поглощения фотона покоящимся электроном эти два закона можно записать так

где v – скорость электрона после акта поглащения. Но эти два уравнения несовместимы при любых v<c ,откуда и следует , что фотоэлектрическое поглащение(так можно назвать случай , когда фотон поглащаетсся целиком ) фотона электроном ,несвязанным ни с каким третьим телом ,невожможно. Это можно показать и в общем случае.

Но фотоэлектрическое поглощение возможно для электронов связанных в атоме или кристале . В частности , связью для свободных электронов металла служит их взаимодействие с периодическим полем внутри кристалла и с полем в поверхностном слое , т.е. с поверхностным потенциальным барьером. Соответственно этим двум видам связи фотоэлектронная эмиссия разделяется на поверхностную , возниккающую в граничном слое толщиной порядка 10 -7см, и объемную , возникающую внутри решотки кристалла.Расчет показал, что фотоэлектронной эмиссии металла главную роль играет поверхностная компонента , несмотря на то , что с поверхностном слое поглащается только очень небольшая доля энергии подуюшего света .Что же касается объемной компоненты эмиссии, то она делается заметной только при частотах, много больших граничной . Экспериментальное подтверждение этого результата теории можно видеть в опытах по определению глубины зарождения фотоэлектронов . Если измерять фототок с пленок металла различной толщины (толщина пленки увеличивается путем осаждения на нее новых слоев металла ) , то оказывается , что, начиная с толщины в 10-15 атомных слоев , как фототок , так и распределение скоростей фотоэлектронов перестают зависеть от толщины пленки , оставаясь такими же , как для массивного металла . В то же время свет проникает в металл гораздо глубже , так как пленки толщиной даже в 100 атомных слоев еще проницаемы для света . Это доказывает , что подавляющее большинство фотоэлектронов зараждается в поверхностном слое металла . Теория Тамма - Шубина - Митчелла позволяет вычислить фотоэлектронный ток , найти его зависимость от поляризации и определить вид спектральной характеристики , а также распределение скоростей фотоэлектронов . Качественное совпадение с экспериментом во всех отношениях получается хорошее , и в некоторых случаях можно говарить даже о количественном соответствии теории и эксперимента .Следует отметить,что оптические свойства металлов недостаточно изучены и это припятствует получению хороших количественных результатов.

Применение

В настоящее време на основе внешнего и внутерннего фотоэффекта строится бесчисленное множиство приемников излучения, преобразующих световой сигнал в электрический и объединненых общим названием-фотоэлементы. Они находят весьма широкое применение в технике и научных исследованиях. Самое разное объективные и оптические измерения немыслимы в наше время без применения того или иного типа фотоэлементов.Современная фотометрия, спектрометрия и спектрофотометрия в широчайшей оласти спектра, спетральный анализ вещества, объективное измерение весьма слабых световых потоков,наблюдаемых,например, при изучении спектров комбинационого рассеяния света,в астрофизике, биологии, и т.д. трудно представить себе без применения фотоэлементов; регистрация инфракрасных спектров часто осуществяется специальными фотоэлементами для ллиноволновой области спектра.Необычайно широко используется фотоэлементы в технике: контроль и управления производственными процессами,разнобразные системы связи от передачи изображения и телевидения до оптической на лазерах и космической техники представляют собой далеко не полный перечень областей применения фотоэлементов при решении разнообразнейших вопросов в современной промышленности и связи.Огромное разнообразие задач,решаемых с помощью фотоэлементов, вызывало к жизни чрезвычайно большое разнообразие типов фотоэлементов с различными техническими характеристиками.Выбор оптимального типа фотоэлементов для решения каждой конкретной задачи основывается на знании этих характеристик.Очень важным достоинством вакуумныхвакумных фотоэлементов является их высокая постоянство и линейность связи светого потока с фототоком.Поэтому они длительное время преимущественно использовались в обективной фотометрии, спектрометрии, и спектрофотометрии и спектральным анализе в видимой и ультрафиолетовой областях спектра.Главным недостатком вакуумных фооэлементов при световых измерениях следует считать малость электрических сигналов, вырабатываемых этими приемниками света.Последний недостаток полностью устраняется в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ),представляющих как бы развитие фотоэлементов.ФЭУ были впервые построены в 1934 г. Принцип действия ФЭУ можно проследить на рис. 10