PhtotoDiの受光感度〔A/W〕、及び量子効率の測定方法を教えてください。

現在、パワーメーターで光エネルギー〔W〕を求めた後に
それをパワーメーターの受光部面積で割って
放射照度〔W/m2〕を求めています。
一方光電流はPhotoDiodeの光電流の面積から
光電流〔A/m2〕を求めています。
従い受光感度〔A/W〕は、光電流/放射照度として求めています。
しかしこの方法で、量子効率を求めたところ
1.0を超えてしまいました。
何が間違えているのでしょうか?

ちなみに量子効率ηは
η= (Ip/e)/(P/hν)
Ip〔A/m2〕:e電子の電荷:P〔W/m2〕
で、計算しています。

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A 回答 (4件)

>Vr=3.3Vで測定しており


これは少し気になりますね。
逆電圧をかけているということですよね。
まあ、多分大丈夫だとは思いますが、、、(あまり電圧が高いと通常のフォトダイオードもアバランシェ効果はあるため)
抵抗をつなげてその電圧を読んでいるのですか?それであればそれが正確なのかどうか。
それとも逆電圧をかけた状態で電流計を挿入しているのであればまだましだと思いますが。

>また光源は660nmのLEDを使用しています。
それであれば特段には問題ないでしょう。

>放射照度はパワーメーターでWを測定し
>受光部面積1cm□で割ることで求めています
これ1cm□ということはアドバンテストのパワーメーターですかね。きちんと波長補正はしてあるんですよね?

>詳しく教えていただけませんか?
私が測定する場合に、簡易的な方法を採る場合には、

・光源はレンズでコリメートする
 このためLEDであれば先端がレンズになったモールドではなく平板窓タイプなどを選択。
(平行光でないと置いた位置により光量が変動しやすい)
・その光束をフォトダイオードやパワーメータの受光面積よりも狭い(直径で1/2程度がよいです)アパーチャで切り出す。
(面積きちんと同一にするため)
・アパーチャのすぐ後にパワーメータを置いて計測
・同じ位置にフォトダイオードを置いて計測

このときフォトダイオードは電流計を直接つけて順方向電流を測定します。

ただ上記の方法だとフォトダイオードの面積が小さいときには無理があります。
その場合には仕方ないので、フォトダイオードの面積はメーカーの有効面積をそのまま使い、アパーチャはセンサー全面に入るようにします。

本当はより正確に測定するには、積分球を使った方が正確です。このときにはパワーメータは全面が完全に有効というわけでもないから、パワーメータにはアパーチャを張り付けて正確な面積にします。フォトダイオードの方はメーカーの有効面積を使うか、面積が大きければ同じようにアパーチャで制限します。

あと思いつくのは単純な計算ミスとか。。。
単位を間違えているようなこともないですよね。
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この回答へのお礼

またまたご回答ありがとうございます。
ところで、アパーチャーとは何のことなんでしょうか?
勉強不足ですいません。
読んでる印象だと
アパーチャーというもので、
光源の面積を区切っているのでしょうか。
私たちが測定しているPhotoDiodeは大きくても
300um程であり全光束を入れるのには無理があります。
よって、放射照度で求めているのですが。。。
使っているパワーメーターはおっしゃるとおり
アドバンテスト製のものです。
波長補正もやっております。

後は、単純な計算まちがいですか?
一応もう一度確認してみます。

ありがとうございました。

お礼日時:2005/04/25 09:16

一つ言い忘れていましたが、アドバンテストのパワーメーターは検出部分の中心部と周辺部でも感度が全く同一ではありませんし(仕様では+/-10%以内)、絶対精度誤差も数%あり、実際に使った印象では最悪で10~20%位は真値からずれることもありうる程度の精度ですから、あまり厳密な測定は出来ませんのでご注意下さい。

(十分に注意すれば10%以内には入ると思うのですが)

より厳密に測定するには積分球を用いた方法、基準となる測定器もより高精度(といっても数%の誤差はありますが)のものを使う必要があります。この世界では一応NIST(アメリカの計量基準を決めている公的機関)トレーサビリティが一番信頼性が高いです。
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この回答へのお礼

度々回答ありがとうございます。
とても参考になりました。

お礼日時:2005/04/26 10:23

>アパーチャーとは何のことなんでしょうか?


開口という意味で、通常光学系内部に入れて通過する光の面積を制限するものです。

>光源の面積を区切っているのでしょうか。
そういうことです。

で、ダイオードの面積がかなり小さいようですから、同程度のサイズのアパーチャを用意して、光を切り出して測定してください。
そしてダイオードはアパーチャと極力同じ位置(距離、配置)にして下さい。
今はLEDの光量を均一化していないと思いますから、そのままでは同一の光量比較となりません。

>後は、単純な計算まちがいですか?
その他に気になるのは、逆バイアスをかけている点です。
ピンフォトダイオードであれば3V程度では大丈夫だと思いますが、安全策でまずは順方向電流の測定の方がよいと思います。
簡単には電流計を両端子に直結します。
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この回答へのお礼

度々回答ありがとうございました。
とても参考になりました。
また、何かの機会がありましたら
よろしくお願いいたします。

お礼日時:2005/04/25 15:46

>何が間違えているのでしょうか?


通常のフォトダイオードの順方向光電流を見ているのであれば1を越えることはありません。
(アバランシェフォトダイオードは越えますよ。あれは加速された電子が二次電子を作りますので。)

>η= (Ip/e)/(P/hν)
>Ip〔A/m2〕:e電子の電荷:P〔W/m2〕
式を見る限りは間違いなさそうですが、、、、

νはどうしましたか?
単色光で計測し他の光は一切ない状態で測定していますか?
単色光でなければスペクトル分布での計算が必要で、それはパワーメータにもいえる話ですよ。
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この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございました。
現在私たちが測定しているフォトダイオードは
Vr=3.3Vで測定しており、アバランシェではありません。
ですので、1.0を超える事は無いはずなのですが。。。
また光源は660nmのLEDを使用しています。
完全な単色光ではありませんが
単色光とみなして測定を進めています。
また、他の光は測定中に入らないように、
暗室で行っています

放射照度がしっかりと測れていないから
このような事が起こるのでしょうか?
放射照度はパワーメーターでWを測定し
受光部面積1cm□で割ることで求めていますが。。。

もし、mickjey2さんの方でやられている放射照度の測定や
量子効率の求め方等ありましたら
詳しく教えていただけませんか?
度々の質問で申し訳ありませんが
ご回答くださると幸いです。

お礼日時:2005/04/22 11:49

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|重ね合せ状態>=a|白> + b|黒>

と表現します。ただし、aとbは確率に関係する量です。このaとbは一回の測定で決定することができません。画素を見てしまい、白だったとわかると、その瞬間に画素の状態は|白>に、黒だったとわかるとその|黒>に変化してしまいます。また、たとえば白だったとわかったとして、もともと、100%の|白>だったのか、白と黒の重ね合せだったのかを知ることは不可能です。

量子テレポーテーションとは、画素を見ずにAさんからBさんに重ね合せの情報、aとbを伝える技術です。

Aさんが画素を見てaとbを決めることは不可能ですから、見た結果を電話で伝えることはできません。

量子テレポーテーションでは、まず、あらかじめ2台のディスプレイ(白と黒を表現できるもの)を準備しておきます。また、この2台の間にエンタングルメントという関係をあらかじめつけておきます。言ってみれば量子の糸でつないでおくようなものです。
そうしておいて、AさんとBさんがそのひもがついたディスプレイをあらかじめ一台ずつ持っておきます。
次にAさんはBさんに送りたい画素を表示しているディスプレイとAさんが持っているディスプレイを量子の糸でつなぎます。そしてこの状態でAさんはディスプレイの画素を見ます。この時点で、すべての量子の糸が切れます。また、白、黒の結果を得るのですが、これはもともと送りたかった情報そのものではありません。
次にAさんはBさんにその見た結果を普通の電話で伝えます。Bさんは電話で教えてもらった結果をもとに、自分の持っているディスプレイを見ずに、ある操作をします。この操作にはいくつかの種類があり、Aさんに教えてもらった情報に対応した正しい操作をする場合に限り、Aさんが送ろうとした画素がBさんのディスプレイ上に再現します。これでテレポーテーションは完了です。
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このたとえ話で伝えたいこととして

・量子テレポーテーションをしたければ、あらかじめ量子の糸でつながれたもの(エンタングルした状態)を準備しておく必要がある

・画素そのものを送るのではなく、あくまで状態のみを送るということ

・Bさんのディスプレイで表示できないようなもの、たとえば青色などはテレポーテートできません(準備しておいたエンタングルメントした量子状態で表現できるもののみ転送できる)


でしょうか。二つの箱を用意しておいて、一方に人を入れてテレポートさせれば、空気しか入ってなかったもう一方の箱から人が出てくるというようなものではないということです。

テレポーテーションという言葉のせいでSF的なものを連想させてしまうのですが、量子テレポーテーションは多分みなさんの想像とかなり違うものです。
きちんと理解するにはどうしても量子力学の知識(それもいわゆる波動関数だけではなく、行列形式の知識)が必要なのですが、イメージだけでもつかんでいただくために、例え話をします。

まず、白黒の画素が並んでいるディスプレイを想像してください。各画素は、見た場合、点灯している白か、消灯している黒のどちらかの状態だけが観測されるものとします。(...続きを読む

Qスラグ流とプラグ流

ミリチャネルやマイクロチャネルに見られる混層流を特徴づける場合、スラグ流やプラグ流という言葉を耳にします。でもこの2つの定義がわかりません。どなたか教えてください。もしくは参考書を紹介してください。よろしくお願いします。

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slugとはナメクジ,plugとは栓のことです。

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なお実際はplug流とslug流はあまり区別していません。分野,人,業界によって最初に遭遇した言葉を以後,同様な大気泡(テイラー気泡)が流れる二相流や混相流に対して使っているのが実情だと思います。

垂直上昇管内流ではスラグ流の方が一般的でプラグ流はあまり使われていませんが,水平管内流では,強いて言えば参考URL中の図にあるように,スラグ流に至らない elongated bubble(気泡が多数合体して流れ方向に若干延びた大気泡)の場合にプラグ流と称しているようです。

参考URL:http://www.see.ed.ac.uk/~johnc/teaching/fluidmechanics4/2004-05/ohs/twophase.pdf


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