Tube à intensification de lumière - propagation

[david_champo]

Bonsoir,

Je me pose une question qui peut paraitre idiote sur le tube à intensification de lumière.

Quand le flux de photons qui arrive sur la première face d'une photocathode... qu'est ce qui fait que les photoélectrons crées se propagent "en ligne droite". Parce que si je veux récupérer de l'autre côté l'image en photo-électrons, il faut bien que l'image soit plus ou moins conservée géométriquement, non ? Est ce qu'on doit impérativement paralléliser le faisceau avec l'optique en amont ?
... Si le transducteur est à base de semiconducteurs, comment se fait la diffusion de telle manière qu'il n'y ait pas de diffusion radiale ? Je nage totalement dans la soupe.

Est ce que quelqu'un qui aurait les idées plus claires pourrait m'éclairer ?

Merci.
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[LPFR]

Bonjour.
J'imagine que vous parlez des intensifieurs de lumière avec des galettes à microcanaux.

Entre la photocathode et la face avant de la première galette on applique une ou deux centaines de volts ce qui redresse les trajectoires des électrons qui sortent "de travers". De plus, la distance entre la photocathode et la galette est très petite, ce qui limite les écarts latéraux des électrons.
Au revoir.

[david_champo]

Bonjour LPFR,

En effet, je parle des intensifieurs de lumière avec des galettes à microcanaux. Je n'ai aucun soucis pour comprendre la partie sortie des électrons de la photocathode vers la galette à microcanaux.

Ce qui me pose un problème, c'est la partie "transducteur", j'ai du mal à me représenter mentalement en modèle corpusculaire comment l'image est convertie. Si je ne me trompe pas, le transport des photoélectrons crées doit être régit par la loi de Poisson. Mais quel est le chemin d'un flux élémentaire de photon à travers une structure cristalline ?

Je m'explique.

Il me semble qu'on peut dégager deux grands cas :

1er cas : collision du photon avec le réseau :

Si j'ai un photon qui arrive de face sur un atome de Gallium par exemple. On est bien dans le cas d'une collision inélastique en général... Comment quantifier la probabilité qu'un photon ou un photo-électron soit émis dans un angle de +pi "en sortie" de l'atome.

2ème cas : le photon n'arrive pas "en vis à vis d'un atome du réseau" :

Et là, est ce qu'on peut dire que les photons se propagent en ligne droite jusqu'à heurter un électron pour le faire passer de bande de valence en bande de conduction ? Je crois que mon problème vient du fait qu'en cristallographie, on a utilisé jusque là des modèles "boule de billard" ou sphériques... Mais en réalité, j'ai du mal à voir ce que donne le nuage électronique et si les forces de Van der Walls ont un impact sur le transport des photo-électrons... Je vois bien qu'en diagramme , je passe de bande de valence en bande de conduction. Mais c'est quoi qui donne la direction du photo-électrons généré ? Est ce par conservation de la quantité de mouvement qu'il devrait se propager dans la direction du photon incident ?

En plus, il y a une notion de profondeur d'absorption des photons et une longueur de diffusion des photo-électrons qui intervient. Comment faire le lien avec le diagramme

Merci pour vos réponses
A +

PS - LPFR, veuillez m'excuser pour le retard mais j'ai des petits soucis d'internet en ce moment.

[LPFR]

Bonjour.
Je pense que votre vision avec un photon qui arrive "en face" d'un atome ou "pas en face" n'a pas de sens avec des photons.
Sans retomber dans la discussion philosophique des dimensions d'un photon, il est raisonnable de penser que les "dimensions" d'un photon (section efficace, par exemple) sont bien plus grandes que celle d'un atome. Je dirais qu'il faut tabler sur des distances de l'ordre de la longueur d'onde, ce qui fait des milliers de fois la taille d'un atome pour de la lumière visible.

Et vous avez tout faux si vous essayez d'expliquer l'effet photoélectrique per un modèle ondulatoire de la lumière. L'interaction avec les électrons (libres dans ce cas), est "quantique": tout ou rien.
Le photon communique toute son énergie à l'électron, ou rien du tout. Pour les interactions dans lesquelles seule une partie de l'énergie est transmisse, on parle d'effet Compton.
L'électron qui prend toute l'énergie du photon part dans n'importe quelle direction. La conservation du moment est assurée par le réseau (par des phonons). Et une bonne partie peut perdre une partie ou toute l'énergie avec des chocs avec le réseau. Même s'il ne perd pas de l'énergie dans des chocs et qu'il part dans la bonne direction, il perdra l'énergie nécessaire pour extraire un électron du métal: le travail de sortie ou "work function".

Les seuls électrons qui sont susceptibles d'être extraits du métal par de la lumière visible (par opposition aux rayons X ou gamma), sont des électrons appartenant au gaz d'électron libres et plus encore à ceux qui sont très proches du niveau de Fermi.

Il y a une profondeur d'absorption de la lumière dans les métaux et les photocathodes de PM sont semi-transparentes. Mais la semi-transparence est nécessaire du fait qu'une photocathode trop épaisse ne laisserait pas sortir des photoélectrons du côté opposé.
L'épaisseur de la photocathode doit être plus faible que le libre parcours moyen des photoélectrons. Les photoélectrons ne diffusent pas dans le métal. Soit ils ont de la chance et ils sortent, soit ils sont "thermalisés" et restent dans le métal.

De quel diaphragme parlez-vous?
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[david_champo]

Bonsoir,

Et vous avez tout faux si vous essayez d'expliquer l'effet photoélectrique per un modèle ondulatoire de la lumière. L'interaction avec les électrons (libres dans ce cas), est "quantique": tout ou rien.
Le photon communique toute son énergie à l'électron, ou rien du tout. Pour les interactions dans lesquelles seule une partie de l'énergie est transmisse, on parle d'effet Compton.
L'électron qui prend toute l'énergie du photon part dans n'importe quelle direction. La conservation du moment est assurée par le réseau (par des phonons). Et une bonne partie peut perdre une partie ou toute l'énergie avec des chocs avec le réseau. Même s'il ne perd pas de l'énergie dans des chocs et qu'il part dans la bonne direction, il perdra l'énergie nécessaire pour extraire un électron du métal: le travail de sortie ou "work function".

C'est ce qui me gène. J'ai représenter en une image naive le fonctionnement de la photocathode. On n'est pas avec un ccd ou un cmos où il y a des pixels... Si l'image des électrons n'est pas la même en sorti de photocathode que celle donnée par les photons incidents... on amplifie n'importe quoi avec la galette microcanaux. Qu'on "redresse" les électrons extraits avec le champs électrique ok mais dans cette photocathode... Il faut qu'en même que ces électrons ne partent pas dans tous les sens, non ?

Il y a une profondeur d'absorption de la lumière dans les métaux et les photocathodes de PM sont semi-transparentes. Mais la semi-transparence est nécessaire du fait qu'une photocathode trop épaisse ne laisserait pas sortir des photoélectrons du côté opposé.
L'épaisseur de la photocathode doit être plus faible que le libre parcours moyen des photoélectrons. Les photoélectrons ne diffusent pas dans le métal. Soit ils ont de la chance et ils sortent, soit ils sont "thermalisés" et restent dans le métal.

Justement, au niveau de la conception, il y a donc un compromis à faire entre l'absorption et la longueur de diffusion.

De quel diaphragme parlez-vous?

J'ai parlé de diaphragme ?

Et vous avez tout faux si vous essayez d'expliquer l'effet photoélectrique per un modèle ondulatoire de la lumière. L'interaction avec les électrons (libres dans ce cas), est "quantique": tout ou rien.
Le photon communique toute son énergie à l'électron, ou rien du tout. Pour les interactions dans lesquelles seule une partie de l'énergie est transmisse, on parle d'effet Compton.
L'électron qui prend toute l'énergie du photon part dans n'importe quelle direction. La conservation du moment est assurée par le réseau (par des phonons). Et une bonne partie peut perdre une partie ou toute l'énergie avec des chocs avec le réseau. Même s'il ne perd pas de l'énergie dans des chocs et qu'il part dans la bonne direction, il perdra l'énergie nécessaire pour extraire un électron du métal: le travail de sortie ou "work function".

Mais pour modéliser le fonctionnement d'une photocathode, comment voulez faire à part de faire un modèle basé sur l'électromagnétisme avec réflexion, transmission, absorption. En plus si tous les photons ne sont pas absorbés par le matériau, y'as des question d'interférences, non ?

[LPFR]

Re.
Revenons aux dimensions réelles. L'épaisseur de la cathode est de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres. Donc le photoélectron sortira dans un rayon de cet ordre de grandeur du point d'entrée. C'est beaucoup plus petit que la résolution de l'optique de formation de l'image.

Oui, il a un compromis entre la transparence à la lumière et la transparence aux électrons. Ce compromis est l'épaisseur que je viens de vous donner.

Oubliez le diaphragme: je n'ai pas les yeux en face des trous.

Le modèle de la photocathode est celui du jeu de billes. Un photon va tout droit et s'il a la chance de "taper" sur un électron, il lui communique toute son énergie. La réflexion il y en a, mais on s'en fout. Les photons réfléchis et transmis ne sont que de la perte d'intensité. Ce sont les photons absorbés qui servent à former l'image (une partie, du moins). Il n'est pas questions d'interférences. Pas avec des dimensions beaucoup plus petites que la longueur d'onde.
A+

[david_champo]

Bonsoir,

Revenons aux dimensions réelles. L'épaisseur de la cathode est de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres.

J'aurais cru qu'on serait plutôt de l'ordre de la dizaine de micro-mètres.

Donc le photoélectron sortira dans un rayon de cet ordre de grandeur du point d'entrée. C'est beaucoup plus petit que la résolution de l'optique de formation de l'image.

C'est à dire par exemple la lunette de visée si on est dans le cas de lunettes à vision nocturne ?

Le modèle de la photocathode est celui du jeu de billes. Un photon va tout droit et s'il a la chance de "taper" sur un électron, il lui communique toute son énergie. La réflexion il y en a, mais on s'en fout. Les photons réfléchis et transmis ne sont que de la perte d'intensité. Ce sont les photons absorbés qui servent à former l'image (une partie, du moins). Il n'est pas questions d'interférences. Pas avec des dimensions beaucoup plus petites que la longueur d'onde.

Le problème, c'est que l'intensité est donné par la relation :



avec Fe le flux énergétique qui est lié au flux photonique Fp par la relation :

Soit

Toute perte d'intensité entraine une perte d'information. Mais c'est vrai la prise en compte du phénomène d'interférence ne doit se faire que si la longueur d'onde du flux lumineux entrant est du même ordre de grandeur que la longueur de la photocathode.

A +

[LPFR]

Bonsoir.

J'aurais cru qu'on serait plutôt de l'ordre de la dizaine de micro-mètres.

Non. Je vous assure que l'on voit à travers. Je ne lai pas vu dans un intensifieur d'images mais dans des photomultiplicateurs qui fonctionnent de la même façon au niveau de la photocathode.

C'est à dire par exemple la lunette de visée si on est dans le cas de lunettes à vision nocturne ?

Les lunettes à vision nocturne ont une résolution encore plus mauvaise. Je parle de la résolution d'un appareil d'optique de la meilleure qualité possible, avec une résolution limitée pas la diffraction. Elle n'est pas meilleure que la longueur d'onde

...
Toute perte d'intensité entraine une perte d'information. Mais c'est vrai la prise en compte du phénomène d'interférence ne doit se faire que si la longueur d'onde du flux lumineux entrant est du même ordre de grandeur que la longueur de la photocathode.
A +

En réalité, la perte d'intensité diminue le rapport signal/bruit. L'image devient plus bruitée à mesure que l'éclairage diminue. C'est uniquement dans ce sens que l'on peut dire que l'information diminue. Car le bruit ne diminue pas la résolution, qui est surtout donné par la distance entre les microcannaux.
Au revoir.