فوٹو ڈیٹیکٹر: سرکٹ، ورکنگ، اقسام اور اس کی ایپلی کیشنز

فوٹو ڈیٹیکٹر آپٹیکل ریسیور میں ایک لازمی جزو ہے جو آنے والے آپٹیکل سگنل کو برقی سگنل میں تبدیل کرتا ہے۔ سیمی کنڈکٹر فوٹو ڈیٹیکٹرز کو عام طور پر فوٹوڈیوڈس کہا جاتا ہے کیونکہ یہ آپٹیکل میں استعمال ہونے والے فوٹو ڈیٹیکٹرز کی اہم اقسام ہیں۔ مواصلاتی نظام ان کی تیز رفتار کا پتہ لگانے کی رفتار، اعلی پتہ لگانے کی کارکردگی اور چھوٹے سائز کی وجہ سے۔ اس وقت، فوٹو ڈیٹیکٹر صنعتی الیکٹرانکس، الیکٹرانک کمیونیکیشن، ادویات اور صحت کی دیکھ بھال، تجزیاتی آلات، آٹوموٹیو اور ٹرانسپورٹ اور بہت کچھ میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ یہ فوٹو سینسر اور روشنی کے سینسر کے نام سے بھی جانے جاتے ہیں۔ لہذا، یہ مضمون ایک جائزہ پر بحث کرتا ہے فوٹو ڈیٹیکٹر - ایپلی کیشنز کے ساتھ کام کرنا۔

فوٹو ڈیٹیکٹر کیا ہے؟

فوٹو ڈیٹیکٹر کی تعریف ہے؛ ایک آپٹو الیکٹرانک ڈیوائس جو واقعے کی روشنی یا آپٹیکل پاور کو برقی سگنل میں تبدیل کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے اسے فوٹو ڈیٹیکٹر کہا جاتا ہے۔ عام طور پر، یہ o/p سگنل واقعہ آپٹیکل پاور کے متناسب ہوتا ہے۔ یہ سینسر مختلف سائنسی عمل جیسے پروسیس کنٹرول، فائبر آپٹک کمیونیکیشن سسٹم، حفاظت، ماحولیاتی سینسنگ اور دفاعی ایپلی کیشنز کے لیے بالکل ضروری ہیں۔ فوٹو ڈیٹیکٹرز کی مثالیں ہیں فوٹوٹرانسسٹر اور فوٹوڈیوڈس .

فوٹو ڈیٹیکٹر کیسے کام کرتا ہے؟

فوٹو ڈیٹیکٹر صرف روشنی یا دیگر برقی مقناطیسی تابکاری کا پتہ لگا کر کام کرتا ہے یا آلات منتقل شدہ نظری سگنل وصول کر سکتے ہیں۔ فوٹو ڈیٹیکٹر جو استعمال کرتے ہیں۔ سیمی کنڈکٹرز روشنی شعاع ریزی کے اصول پر الیکٹران ہول جوڑے کی تخلیق پر کام کریں۔

ایک بار جب ایک سیمی کنڈکٹر مواد فوٹون کے ذریعے روشن ہوجاتا ہے جس میں اس کے بینڈ گیپ کے لیے زیادہ یا مساوی توانائیاں ہوتی ہیں، تو جذب شدہ فوٹونز والینس بینڈ الیکٹرانوں کو کنڈکشن بینڈ میں جانے کی ترغیب دیتے ہیں، اس لیے والینس بینڈ کے اندر سوراخ چھوڑ دیتے ہیں۔ ترسیل بینڈ میں الیکٹران مفت الیکٹران (سوراخ) کے طور پر انجام دیتے ہیں جو اندرونی یا بیرونی طور پر لاگو برقی فیلڈ کی طاقت کے تحت منتشر ہوسکتے ہیں۔

آپٹیکل جذب کی وجہ سے فوٹو جنریٹڈ الیکٹران ہول جوڑے دوبارہ اکٹھے ہو سکتے ہیں اور روشنی کو دوبارہ خارج کر سکتے ہیں جب تک کہ ایک برقی میدان کی ثالثی سے علیحدگی کا نشانہ نہ بنایا جائے تاکہ فوٹو کرنٹ کو بڑھایا جا سکے، جو فوٹو جنریٹڈ فری چارج کیریئرز کا ایک حصہ ہے۔ فوٹو ڈیٹیکٹر ترتیب کے الیکٹروڈ۔ ایک مخصوص طول موج پر فوٹوکورنٹ کی شدت واقعہ روشنی کی شدت کے براہ راست متناسب ہے۔

پراپرٹیز

فوٹو ڈیٹیکٹر کی خصوصیات ذیل میں زیر بحث ہیں۔

سپیکٹرل ردعمل - یہ فوٹوون فریکوئنسی فنکشن کے طور پر فوٹو ڈیٹیکٹر کا ردعمل ہے۔

کوانٹم کارکردگی - ہر فوٹون کے لیے چارج کیریئرز کی تعداد

ذمہ داری - یہ آؤٹ پٹ کرنٹ ہے جو ڈیٹیکٹر پر گرنے والی روشنی کی کل طاقت سے الگ ہوتا ہے۔

شور کے مساوی طاقت - یہ سگنل پیدا کرنے کے لیے لائٹ پاور کی مطلوبہ مقدار ہے جو ڈیوائس کے شور کے برابر ہے۔

جاسوسی - شور کے مساوی طاقت سے الگ کیے گئے ڈیٹیکٹر کے رقبے کا مربع جڑ۔

حاصل کرنا - یہ فوٹو ڈیٹیکٹر کا آؤٹ پٹ کرنٹ ہے جس کو ڈیٹیکٹر پر واقع فوٹونز کے ذریعہ براہ راست تیار کردہ کرنٹ سے تقسیم کیا جاتا ہے۔

تاریک کرنٹ- روشنی کی کمی میں بھی ایک ڈیٹیکٹر میں کرنٹ کا بہاؤ۔

جواب وقت - حتمی آؤٹ پٹ کے 10 - 90٪ سے جانے کے لیے ایک ڈیٹیکٹر کے لیے مطلوبہ وقت ہے۔

شور سپیکٹرم - اندرونی شور کرنٹ یا وولٹیج فریکوئنسی کا ایک فنکشن ہے جسے شور کے سپیکٹرل کثافت کی شکل میں ظاہر کیا جا سکتا ہے۔

نان لائنیرٹی - فوٹو ڈیٹیکٹر کی نان لائنیرٹی RF آؤٹ پٹ کو محدود کرتی ہے۔

فوٹو ڈیٹیکٹر کی اقسام

فوٹو ڈیٹیکٹرز کو روشنی کے پتہ لگانے کے طریقہ کار کی بنیاد پر درجہ بندی کیا جاتا ہے جیسے فوٹو الیکٹرک یا فوٹو اخراج اثر، پولرائزیشن اثر، تھرمل اثر، کمزور تعامل، یا فوٹو کیمیکل اثر۔ فوٹو ڈیٹیکٹرز کی مختلف اقسام میں بنیادی طور پر فوٹوڈیوڈ، ایم ایس ایم فوٹو ڈیٹیکٹر، فوٹوٹرانسسٹر، فوٹو کنڈکٹیو ڈیٹیکٹر، فوٹو ٹیوبز اور فوٹو ملٹی پلائر شامل ہیں۔

فوٹوڈیوڈس

یہ ایک PIN یا PN جنکشن ڈھانچہ کے ساتھ سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز ہیں جہاں روشنی کو ختم ہونے والے علاقے میں جذب کیا جاتا ہے اور فوٹو کرنٹ پیدا کرتا ہے۔ یہ ڈیوائسز تیز، انتہائی لکیری، بہت کمپیکٹ ہیں اور ایک اعلی کوانٹم کارکردگی پیدا کرتے ہیں جس کا مطلب ہے کہ یہ ہر واقعے کے فوٹون اور ایک ہائی ڈائنامک رینج کے لیے تقریباً ایک الیکٹران پیدا کرتا ہے۔ کے بارے میں مزید جاننے کے لیے براہ کرم اس لنک کو دیکھیں فوٹوڈیوڈس .

ایم ایس ایم فوٹو ڈیٹیکٹر

MSM (Metal–semiconductor–metal) فوٹو ڈیٹیکٹر میں دو شامل ہیں۔ شوٹکی۔ a کے بجائے رابطے پی این جنکشن . سینکڑوں گیگا ہرٹز بینڈوتھ کے ساتھ فوٹوڈیوڈس کے مقابلے میں یہ ڈٹیکٹر ممکنہ طور پر تیز ہیں۔ MSM ڈٹیکٹر بہت بڑے ایریا ڈٹیکٹرز کو آپٹیکل ریشوں کے ساتھ بغیر بینڈوتھ کی کمی کے آسان جوڑے بنانے کی اجازت دیتے ہیں۔

فوٹوٹرانسسٹر

فوٹوٹرانسسٹر ایک قسم کا فوٹوڈیوڈ ہے جو فوٹو کرنٹ کے اندرونی امپلیفیکیشن کا استعمال کرتا ہے۔ لیکن فوٹوڈیوڈس کے مقابلے میں یہ اکثر استعمال نہیں ہوتے ہیں۔ یہ بنیادی طور پر لائٹ سگنلز کا پتہ لگانے اور انہیں ڈیجیٹل برقی سگنلز میں تبدیل کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ یہ اجزاء برقی رو کی بجائے روشنی کے ذریعے چلائے جاتے ہیں۔ فوٹوٹرانسسٹر کم لاگت والے ہوتے ہیں اور بہت زیادہ فائدہ فراہم کرتے ہیں، اس لیے وہ مختلف ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں۔ کے بارے میں مزید جاننے کے لیے براہ کرم اس لنک کو دیکھیں فوٹوٹرانسسٹر .

فوٹو کنڈکٹیو ڈیٹیکٹر

فوٹو کنڈکٹیو ڈیٹیکٹر کو فوٹو ریسسٹرس، فوٹو سیل اور بھی کہا جاتا ہے۔ روشنی پر منحصر مزاحم . یہ ڈٹیکٹر کچھ سیمی کنڈکٹرز جیسے سی ڈی ایس (کیڈیمیم سلفائیڈ) کے ساتھ بنائے جاتے ہیں۔ لہٰذا اس ڈٹیکٹر میں مزاحمت کا پتہ لگانے کے لیے دو مربوط دھاتی الیکٹروڈ کے ساتھ ایک سیمی کنڈکٹر مواد شامل ہے۔ فوٹوڈیوڈس کے مقابلے میں، یہ مہنگے نہیں ہیں لیکن یہ کافی سست ہیں، انتہائی حساس نہیں ہیں اور غیر لکیری ردعمل ظاہر کرتے ہیں۔ متبادل طور پر، وہ طویل طول موج IR روشنی پر رد عمل ظاہر کر سکتے ہیں۔ فوٹو کنڈکٹیو ڈٹیکٹروں کو سپیکٹرل ذمہ داریوں کے فنکشن کی بنیاد پر مختلف اقسام میں الگ کیا جاتا ہے جیسے مرئی طول موج کی حد، قریب اورکت طول موج کی حد، اور IR طول موج کی حد۔

فوٹو ٹیوبز

گیس سے بھری ہوئی ٹیوبیں یا ویکیوم ٹیوبیں جو فوٹو ڈیٹیکٹر کے طور پر استعمال ہوتی ہیں فوٹو ٹیوبز کہلاتی ہیں۔ فوٹو ٹیوب ایک ہے۔ photoemissive ڈیٹیکٹر جو ایک بیرونی فوٹو الیکٹرک اثر یا فوٹو ایمیسیو اثر استعمال کرتا ہے۔ یہ ٹیوبیں اکثر خالی کی جاتی ہیں یا بعض اوقات کم دباؤ پر گیس سے بھر جاتی ہیں۔

فوٹوملٹیپلائر

فوٹو ملٹی پلیئر فوٹو ٹیوب کی ایک قسم ہے جو واقعے کے فوٹونز کو برقی سگنل میں تبدیل کرتی ہے۔ یہ ڈٹیکٹر ایک الیکٹران ضرب کے عمل کا استعمال کرتے ہیں تاکہ بہت زیادہ ذمہ داری حاصل کی جا سکے۔ ان کے پاس ایک بڑا فعال علاقہ اور تیز رفتار ہے۔ فوٹو ملٹی پلائر کی مختلف قسمیں دستیاب ہیں جیسے فوٹو ملٹیپلائر ٹیوب، میگنیٹک فوٹو ملٹیپلائر، الیکٹروسٹیٹک فوٹو ملٹیپلائر، اور سیلیکون فوٹو ملٹیپلائر۔

فوٹو ڈیٹیکٹر سرکٹ ڈایاگرام

فوٹو ڈیٹیکٹر کا استعمال کرتے ہوئے لائٹ سینسر سرکٹ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ اس سرکٹ میں، فوٹوڈیوڈ کو روشنی کے وجود یا عدم موجودگی کا پتہ لگانے کے لیے بطور فوٹو ڈیٹیکٹر استعمال کیا جاتا ہے۔ اس سینسر کی حساسیت کو صرف پیش سیٹ کا استعمال کرتے ہوئے ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے۔

اس لائٹ سینسر سرکٹ کے مطلوبہ اجزاء میں بنیادی طور پر فوٹوڈیوڈ، ایل ای ڈی، LM339 IC ، ریزسٹر، پری سیٹ وغیرہ۔ نیچے دکھائے گئے سرکٹ ڈایاگرام کے مطابق سرکٹ کو جوڑیں۔

کام کرنا

ایک فوٹوڈیوڈ کو فوٹو ڈیٹیکٹر کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے تاکہ سرکٹ کے اندر روشنی پڑنے کے بعد کرنٹ پیدا کرے۔ اس سرکٹ میں، فوٹوڈیوڈ کو R1 ریزسٹر کے ذریعے ریورس بائیس موڈ میں استعمال کیا جاتا ہے۔ لہذا یہ R1 ریزسٹر فوٹوڈیوڈ پر بہت زیادہ روشنی گرنے کی صورت میں پورے فوٹوڈیوڈ میں بہت زیادہ کرنٹ کی فراہمی کی اجازت نہیں دیتا ہے۔

جب فوٹوڈیوڈ پر کوئی روشنی نہیں پڑتی ہے، تو اس کے نتیجے میں LM339 کمپیریٹر (انورٹنگ ان پٹ) کے پن 6 پر اعلی صلاحیت پیدا ہوتی ہے۔ ایک بار جب روشنی اس ڈایڈڈ پر پڑتی ہے، تو یہ پورے ڈایڈڈ میں کرنٹ کو سپلائی کرنے دیتا ہے اور اس طرح وولٹیج اس میں گر جائے گا۔ موازنہ کرنے والے کا پن 7 (غیر الٹا ان پٹ) ایک VR2 (متغیر ریزسٹر) سے منسلک ہوتا ہے تاکہ موازنہ کرنے والے کا حوالہ وولٹیج سیٹ کیا جا سکے۔

یہاں، ایک کمپیریٹر کام کرتا ہے جب کمپیریٹر کا نان انورٹنگ ان پٹ انورٹنگ ان پٹ کے مقابلے زیادہ ہوتا ہے تو اس کا آؤٹ پٹ زیادہ رہتا ہے۔ لہذا IC کا آؤٹ پٹ پن جیسے pin-1 روشنی خارج کرنے والے ڈایڈڈ سے جڑا ہوا ہے۔ یہاں، حوالہ وولٹیج پورے VR1 پر سیٹ کیا جاتا ہے تاکہ ایک دہلیز کی روشنی کے مطابق ہو۔ آؤٹ پٹ پر، فوٹوڈیوڈ پر روشنی پڑنے پر ایل ای ڈی آن ہو جائے گی۔ لہٰذا، الٹنے والا ان پٹ غیر الٹنے والے ان پٹ کے حوالہ سیٹ کے مقابلے میں کم قیمت پر گر جاتا ہے۔ لہذا، آؤٹ پٹ روشنی خارج کرنے والے ڈایڈڈ کو مطلوبہ فارورڈز تعصب فراہم کرتا ہے۔

فوٹو ڈیٹیکٹر بمقابلہ فوٹوڈیوڈ

فوٹو ڈیٹیکٹر اور فوٹوڈیوڈ کے درمیان فرق میں درج ذیل شامل ہیں۔

فوٹو ڈیٹیکٹر کی کوانٹم کارکردگی

فوٹو ڈیٹیکٹر کی کوانٹم افادیت کی تعریف اس واقعے کے فوٹونز کے اس حصے کے طور پر کی جا سکتی ہے جو فوٹو کنڈکٹر کے ذریعے جذب ہونے والے الیکٹرانوں کو ڈیٹیکٹر ٹرمینل پر جمع کیے جاتے ہیں۔

کوانٹم کی کارکردگی کو 'η' سے ظاہر کیا جاسکتا ہے۔

کوانٹم ایفیشنسی (η) = پیدا شدہ الیکٹران/ واقعہ فوٹونز کی کل تعداد

اس طرح،

η = (موجودہ/ایک الیکٹران کا چارج)/(کل واقعہ فوٹوون کی آپٹیکل پاور/فوٹاون توانائی)

تو ریاضیاتی طور پر، یہ ایسا ہو جائے گا

η = (Iph/ e)/(PD/ hc/λ)

فائدے اور نقصانات

فوٹو ڈیٹیکٹر کے فوائد میں درج ذیل شامل ہیں۔

• فوٹو ڈیٹیکٹر سائز میں چھوٹے ہوتے ہیں۔
• اس کا پتہ لگانے کی رفتار تیز ہے۔
• اس کا پتہ لگانے کی کارکردگی بہت زیادہ ہے۔
• وہ کم شور پیدا کرتے ہیں۔
• یہ مہنگے، کمپیکٹ اور ہلکے وزن کے نہیں ہیں۔
• ان کی لمبی عمر ہے۔
• ان میں اعلی کوانٹم کارکردگی ہے۔
• اسے ہائی وولٹیج کی ضرورت نہیں ہے۔

دی فوٹو ڈیٹیکٹر کے نقصانات مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• ان میں حساسیت بہت کم ہوتی ہے۔
• ان کا کوئی اندرونی فائدہ نہیں ہے۔
• ردعمل کا وقت بہت سست ہے۔
• اس ڈیٹیکٹر کا فعال رقبہ چھوٹا ہے۔
• کرنٹ کے اندر تبدیلی بہت کم ہے، اس لیے سرکٹ کو چلانے کے لیے کافی نہیں ہو سکتی۔
• اسے آفسیٹ وولٹیج کی ضرورت ہوتی ہے۔

فوٹو ڈیٹیکٹرز کی ایپلی کیشنز

فوٹو ڈیٹیکٹر کی ایپلی کیشنز میں درج ذیل شامل ہیں۔

• فوٹو ڈیٹیکٹر مختلف ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں جو سپر مارکیٹوں میں خودکار دروازوں سے لے کر آپ کے گھر کے اندر موجود ٹی وی ریموٹ کنٹرولرز تک ہوتے ہیں۔
• یہ آپٹیکل کمیونیکیشن، سیکورٹی، نائٹ ویژن، ویڈیو امیجنگ، بائیو میڈیکل امیجنگ، موشن ڈٹیکشن اور گیس سینسنگ میں استعمال ہونے والے ضروری اہم اجزاء ہیں جو روشنی کو بالکل برقی سگنلز میں تبدیل کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔
• یہ آپٹیکل پاور اور برائٹ فلوکس کی پیمائش کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔
• یہ بنیادی طور پر مختلف قسم کے خوردبین اور آپٹیکل سینسر ڈیزائن میں استعمال ہوتے ہیں۔
• یہ لیزر رینج فائنڈرز کے لیے اہم ہیں۔
• یہ عام طور پر فریکوئنسی میٹرولوجی، آپٹیکل فائبر کمیونیکیشن وغیرہ میں استعمال ہوتے ہیں۔
• فوٹوومیٹری اور ریڈیومیٹری میں فوٹو ڈیٹیکٹر کا استعمال مختلف خصوصیات جیسے آپٹیکل پاور، آپٹیکل انٹینسٹی، شعاع ریزی اور برائٹ فلکس کی پیمائش کے لیے کیا جاتا ہے۔
• یہ سپیکٹرو میٹرز، آپٹیکل ڈیٹا اسٹوریج ڈیوائسز، لائٹ بیریئرز، بیم پروفائلرز، فلوروسینس مائیکروسکوپس، آٹو کوریلیٹرز، انٹرفیرو میٹرز اور مختلف قسم کے آپٹیکل سینسر کے اندر آپٹیکل پاور کی پیمائش کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔
• یہ LIDAR، لیزر رینج فائنڈرز، نائٹ ویژن ڈیوائسز اور کوانٹم آپٹکس تجربات کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔
• یہ آپٹیکل فریکوئنسی میٹرولوجی، آپٹیکل فائبر کمیونیکیشنز اور لیزر شور یا پلسڈ لیزرز کی درجہ بندی کے لیے بھی لاگو ہوتے ہیں۔
• کئی ایک جیسے فوٹو ڈیٹیکٹر کے ساتھ دو جہتی صفیں بنیادی طور پر فوکل پلین اری کے طور پر اور اکثر امیجنگ ایپلی کیشنز کے لیے استعمال ہوتی ہیں۔

فوٹو ڈیٹیکٹر کس کے لیے استعمال ہوتا ہے؟

فوٹو ڈیٹیکٹر روشنی کی فوٹوون توانائی کو برقی سگنل میں تبدیل کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔

فوٹو ڈیٹیکٹر کی خصوصیات کیا ہیں؟

فوٹو ڈیٹیکٹرز کی خصوصیات فوٹو حساسیت، سپیکٹرل رسپانس، کوانٹم ایفیشنسی، فارورڈ بائیزڈ شور، گہرا کرنٹ، شور کے مساوی طاقت، ٹائمنگ رسپانس، ٹرمینل کیپیسیٹینس، کٹ آف فریکوئنسی اور فریکوئنسی بینڈوتھ ہیں۔

فوٹو ڈیٹیکٹر کی کیا ضروریات ہیں؟

فوٹو ڈیٹیکٹر کی ضروریات ہیں؛ مختصر ردعمل کا وقت، کم سے کم شور کا حصہ، وشوسنییتا، اعلی حساسیت، روشنی کی شدت کی ایک وسیع رینج پر لکیری ردعمل، کم تعصب وولٹیج، کم قیمت اور کارکردگی کی خصوصیات کا استحکام۔

آپٹیکل ڈیٹیکٹر کی تفصیلات میں کیا استعمال ہوتا ہے؟

آپٹیکل ڈیٹیکٹرز کی تصریح میں شور کے مساوی طاقت کا استعمال کیا جاتا ہے کیونکہ یہ آپٹیکل ان پٹ پاور ہے جو ایک اضافی آؤٹ پٹ پاور پیدا کرتی ہے جو ایک مخصوص بینڈوتھ کے لیے شور کی طاقت کے برابر ہوتی ہے۔

کیا کوانٹم پیداوار اور کوانٹم کارکردگی ایک جیسی ہے؟

کوانٹم کی پیداوار اور کوانٹم کی کارکردگی ایک جیسی نہیں ہیں کیونکہ ایک فوٹوون کے جذب ہونے کے بعد فوٹان کے خارج ہونے کا امکان کوانٹم پیداوار ہے جبکہ کوانٹم افادیت اس بات کا امکان ہے کہ ایک بار جب نظام کو اس کے اخراج کی حالت میں توانائی بخشی جائے تو فوٹوون خارج ہوتا ہے۔

اس طرح، یہ ہے فوٹو ڈیٹیکٹر کا ایک جائزہ - ایپلی کیشنز کے ساتھ کام کرنا۔ یہ آلات اندرونی اور بیرونی فوٹو الیکٹرک اثر پر مبنی ہیں، اس لیے بنیادی طور پر روشنی کا پتہ لگانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ یہاں آپ کے لئے ایک سوال ہے، کیا ہیں؟ آپٹیکل ڈٹیکٹر ?