Caracterización óptica y uso de los filtros passband

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Los dispositivos optoelectrónicos basan su posible aplicación en el estudio detallado de los parámetros ópticos: estructura de banda energética, brecha de energía, índice de refracción, porcentanje de transmitancia y absorción óptica. Por este motivo es importante el estudio de la curva característica corriente-voltaje en función de la intensidad de radiación, así como la dependencia de estos parámetros con la longitud de onda del haz incidente usando filtros de paso de banda o "bandpass" que permite el paso de un ancho de banda cuya longitud de onda está dentro del espectro visible y sus dos extremos cercanos.

En esta publicación veremos cómo se limita la eficiencia cuántica y la medida de la característica corriente-voltaje de un dispositivo optoelectrónico cuando se utilizan filtros de luz para longitudes de ondas específicas. Usaré un sustrato de vidrio de 1 mm de espesor al cual se le deposita una capa de óxido de estaño dopado con flúor (FTO) y por medio de la técnica de baño químico asistido por microondas le he depositado una capa delgada de sulfuro de cadmio (CdS)

Para fabricar los contactos eléctricos sobre este dispositivo, le coloco un electrodo de contacto con pintura de plata (Ag) sobre el sustrato de vidrio con FTO unido a un cable delgado de cobre. Luego se hace pasar un voltaje desde −1 V hasta 1 V, midiendo la corriente paso a paso con la variación de voltaje.

El uso de los filtros pasa banda es muy útil a la hora de determinar la respuesta espectral SR_(A/W), que es la relación entre la fotocorriente generada al incidir una fuente de radiación sobre la potencia incidente determinada.

Filtros pasa banda

El rango del espectro de luz visible abarca las longitudes de onda de 380 a 750 nm, manifestándose con una serie de colores y diferentes tonalidades, por ejemplo en estas fotografías presento las imágenes correspondientes a longitudes de ondas de 500, 550, 600, 650, 700 y 750 nm. Siendo el principio activo de los filtros el limitar el paso de frecuencias altas y bajas, atenuando la señal para longitudes de onda limitadas a un paso de banda específico, tal como se muestra en la siguiente imagen que he extraído de wikipedia,

Passband signal

La fuente de iluminación con luz blanca contiene todas estas longitudes de onda con intensidades determinadas por la respuesta del diodo led, así que limitamos el estudio de la corriente-voltaje para cada una de las longitudes de onda que representa cada filtro de Thorlabs. Como es de suponer, cuando incide una luz verde con longitud de onda de 500 o 550 nm, la respuesta del dispositivo óptico es diferente cuando se usa un filtro de 600 o 650 nm, ya que el número de electrones producidos o la fotocorriente generada son diferentes porque el número de fotones o la potencia incidente sobre el dispositivo también son distintos.

Esta última fotografía difiere de la primera en cuanto se puede observar un punto de iluminación central que está relacionado con los fenómenos ópticos de reflexión, refracción y difracción de la luz incidente. A pesar que usamos el mismo filtro y las mismas condiciones iniciales, el valor de la señal emitida por la fotocorriente es ligeramente diferente debido a los parámetros mencionados anteriormente.

Para finalizar, en esta sección del artículo les presento un video que muestra la condicione de medida y el efecto que tienen los diferentes filtros pasa banda sobre la superficie de la unión CdS/FTO/vidrio.

Aportes de esta publicación.

El estudio detallado de las propiedades ópticas de los dispositivos optoelectrónicos es muy amplio, por lo que debemos cubrir cada una de las etapas de caracterización básica y especializada de estas uniones metal/semiconductor, semiconductor/FTO, semiconductor-p/semiconductor-n, etc. Lo más significativo de este tipo de investigación es el factor "luz incidente" sobre el dispositivo, ya que podría ser el mismo Sol, una fuente de luz blanca (lámpara de xenón o diodo led) o un monocromador de longitudes de ondas variables y que abarquen el ultravioleta-visible-infrarrojo (UV-Vis-IR).

Bibliografía y lecturas recomendadas:

○ Espectro visible

○ Hard-Coated Edgepass Filter Kits
○ Filtro paso banda
○ Passband
○ Significado de reflexión, refracción y difracción
○ Respuesta espectral

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