Fotodiodo.

El fotodiodo es un componente electrónico semiconductor que permite detectar luz y convertirla en una señal eléctrica. Su funcionamiento se basa en el efecto fotoeléctrico interno, donde los fotones (partículas de luz) que inciden sobre la unión PN del diodo generan pares electrón-hueco, lo que da lugar a una corriente eléctrica.

En condiciones normales, el fotodiodo se polariza en inversa (la tensión se aplica de modo que no conduce corriente en ausencia de luz). Cuando no hay luz, la corriente que circula es muy baja (corriente de oscuridad). Pero al recibir luz, los fotones liberan electrones en la zona de agotamiento del diodo, y esta generación de portadores produce un aumento de la corriente inversa. Cuanta más intensidad lumínica incide sobre el fotodiodo, mayor será la corriente generada.

El fotodiodo es rápido, sensible y lineal, lo que lo hace ideal para aplicaciones donde se necesita precisión, como comunicaciones ópticas, equipos médicos, sensores de proximidad, y sistemas de control automático.

Existen varios tipos de fotodiodos:

• Fotodiodos PIN, con una capa intrínseca adicional para mejorar la sensibilidad.

• Fotodiodos avalancha, que operan a tensiones más altas y amplifican la señal generada internamente.

• Fotodiodos Schottky, de respuesta muy rápida, usados en frecuencias elevadas.

En sensores de presencia, el fotodiodo suele acompañar a un LED emisor. Si el haz de luz se interrumpe o refleja (dependiendo del tipo de sensor), la luz incide sobre el fotodiodo, generando una señal que indica la detección de un objeto.

Por su tamaño reducido, bajo consumo y gran precisión, el fotodiodo es uno de los elementos más utilizados en detección óptica moderna.

Figura : Parte superior: dos símbolos esquemáticos posibles para un sensor óptico de presencia, utilizando un fototransistor (izquierda) o un fotodiodo (derecha). Existen otras variantes posibles.
Parte inferior: el símbolo esquemático de un sensor de efecto Hall, comúnmente utilizado en un sensor magnético.

Fotómetro.

Fotómetros y su Principio de Funcionamiento

Los fotómetros son instrumentos diseñados para medir y comparar la intensidad luminosa de dos fuentes de luz. Su desarrollo ha sido fundamental en el estudio de la óptica y la fotometría, permitiendo aplicaciones en astronomía, iluminación, fotografía, y diversas áreas científicas. Aunque los primeros fotómetros eran dispositivos rudimentarios, hoy en día han evolucionado con tecnología digital, sensores de alta precisión y sistemas automatizados.

El principio fundamental en el que se basan estos dispositivos es la ley del inverso del cuadrado de la distancia, la cual establece que la intensidad luminosa de una fuente de luz que ilumina una pantalla es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la fuente y la pantalla. Esto significa que si se comparan dos fuentes de luz proyectando su iluminación sobre una misma superficie y con igual claridad, la relación entre sus intensidades luminosas será igual a la relación de los cuadrados de sus distancias a la pantalla.

Existen diversos tipos de fotómetros, algunos de los más relevantes incluyen:

• Fotómetro de Bunsen: Utilizado en experimentos clásicos, emplea una pantalla con papel engrasado para igualar la iluminación en ambos lados.
• Fotómetro de Lummer-Brodhun: Más preciso, utiliza un sistema óptico de reflexión para comparar intensidades de luz.
• Fotómetros digitales modernos: Emplean sensores fotosensibles y software especializado para mediciones exactas en laboratorios y estudios de iluminación.

Los fotómetros han evolucionado significativamente y siguen siendo esenciales en el estudio de la luz y su interacción con los materiales y el entorno.

Las intensidades de dos fuentes luminosas que iluminan con igual claridad una pantalla, son proporcionales a los cuadrados de las distancias de cada una de las fuentes luminosas a la pantalla.

Demostración. — Sean las intensidades de las dos fuentes luminosas I e I' sean las distancias de cada fuente luminosa a la pantalla d y d'.

Iluminación de la primera fuente de luz:

Iluminación de la segunda fuente de luz:

El principio del fotómetro exige que la iluminación sea igual para cada una de las fuentes luminosas; por consiguiente:

Las intensidades de dos fuentes luminosas que producen igual iluminación en una pantalla, son directamente proporcionales a los cuadrados de las distancias de cada una de las fuentes luminosas a la pantalla.

Basados en este principio se han construido muchos fotómetros, siendo los más comunes los de Rumford, Bunsen y Foucault.

Fotómetro de Rumford

La fuente luminosa de intensidad conocida I, y la fuente luminosa (fig. 1) cuya intensidad F se desea conocer, proyectan las sombras C D y E F de una varilla M N, sobre la pantalla A B.

Fig. 1 — Principio del fotómetro de Rumford.

Esas sombras no son completamente oscuras, pues C D recibe la luz de S' y E F la de S.

Se corren las luces hasta que las sombras aparezcan igualmente intensas. Se miden las distancias d y d' y se aplica la relación:

Fotómetro de mancha o de Bunsen

El fotómetro de mancha o de Bunsen (fig. 2) se funda en el hecho por el cual, una mancha de aceite sobre un papel se vuelve invisible cuando se ilumina igualmente por ambas caras.

Fig. 2 — Principio del fotómetro de Bunsen.

Las dos luces S y S’, que se quieren comparar, se colocan a los extremos de una regla dividida en centímetros y se hace correr la pantalla de papel P que lleva la mancha, hasta que ésta desaparezca.

Basta entonces leer las distancias d y d' de la pantalla a las luces y aplicar la relación:

Fotómetro de Foucault

El fotómetro de Foucault consta de una pantalla translúcida P P'. Normal a ella se coloca un tabique opaco T (fig. 3). La fuente de luz, de intensidad conocida, de valor I, se coloca a una distancia d, en una de las zonas en que queda dividido el fotómetro.

En la otra zona se ubica la fuente luminosa cuya intensidad I' se busca, y se la distancia aproximadamente hasta que las iluminaciones en las dos secciones de la pantalla translúcida P P' sean iguales.

Fig. 3

Se mide la distancia d' y de acuerdo a la fórmula general de fotometría, se tiene que:

Los datos que se obtienen con estos fotómetros son muy relativos ya que están basados todos en la apreciación personal dependiente de sensibilidad del ojo.

Para mediciones de mayor precisión se emplean actualmente las células foteléctricas, siendo, por el momento, más empleadas, las de sulfuro de cadmio (S Cd), sobre todo en el arte-ciencia de la fotografía.