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Verfahren zur Beeinflussung des photoelektrischen Widerstandes von
Halbleiter-Leuchtstoffen Bestimmte Leuchtstoffe, z. B. präparierte Zink-oder Kadmiumsulfide,
zeigen eine sehr beträchtliche photoelektrische Empfindlichkeit. Bei Bestrahlung
mit Licht, das die Leuchtstoffe zum Lumineszieren bringt, sinkt der Widerstand dieser
Stoffe sehr. beträchtlich. So ist z. B. bei Kadmiumsulfid bei der Beleuchtung mit
Glühlampenl.i.cht von Zoo Lux eine Verminderung des Widerstandes um i04 bis i05
gegenüber dem Dunkelwiderstand beobachtet worden. Die photoelektrische Empfindlichkeit
hat nach der langwelligen Seite hin eine bestimmte Grenze, die bei dem erwähnten
Kadmiumsulfid bei ungefähr $2om,u liegt. Diese Grenze- von,d'erchemischen Zusammensetzung
des photoelektrisch empfindlichen Stoffes, des sogenannten Photoleiters, ab. Man
kann im allgemeinen erwarten, daß sich diese Grenze beim Übergang vom Sulfid zum
Selenid oder Tellurid mach längeren Wellen verschiebt. Eine gleiche Verschiebung
tritt beim Übergang vom Zink zu Kadmium und Quecksilber ein. Es ist für diese Verschiebungen
charakteristisch, daß sie sich mit steigendem Atomgewicht stets in kleiner und kleiner
werdenden Schritten vollziehen, so daß die Herstellung von Photoleitern für das
Ultrarot von i bis 2,U große Schwierigkeiten bereitet.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei bestimmten Bedingungen
bei jedem der genannten Photoleiter eine weitere Verschiebung der
photoelektrischen
Empfindlichkeit nach den längeren Wellen hin um beträchtliche Beträge erzielt werden
kann. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß bei gewissen, mit sichtbarer Strahlung
beleuchteten Photowiderständen eine zusätzliche Beleuchtung durch angenähert monochromatische
Strahlung je nach der Wellenlänge des Schwerpunktes dieser Strahlung verschiedene
Wirkungen hervorrufen kann. So bewirkt z. B. bei einem geeignet präparierten Kadmiumsulfid
eine zusätzliche Beleuchtung mit Strahlung von Wellenlängen unterhalb-82o; mcc eine
Verstärkung der Leitfähigkeit; mit Strahlung von der Wellenlänge 82o m,cc keine
Veränderung und mit Strahlung von Wellenlängen oberhalb 8.2!o mu eine Verringerung
der Leitfähigkeit des Photowiderstandes. Der Bereich der verringerten Wirkung der
Zusatzbeleuchtung erstreckt sich beim Kadmiumsulfid bis zu -etwa 1,8,u mit einem
Maximum bei 44 bis 1,5 ,u.
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Eine solche Verringerung der Leitfähigkeit der genannten Photoleiter
durch zusätzliche Beleuchtung mit langwelliger Strahlung ist bei allen derartigen
Stoffen zu erwarten. Die Lage der die feit-" fähigkeit auslöschenden Bande liegt
um so weiter nach langen Wellen verschoben, je längerwellig bereits die die Photoleitfähigkeit
hervorrufende Bande ist.
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Auf Grund dieser Erkenntnis wird bei einer nach der Erfindung ausgebildeten
Einrichtung .zur Beeinflussung des photoelektrischen Widerstandes von Hälbleiter-Leuchtstoffen
zur Bestrahlung des Leuchtstoffes außer einer Strahlenquelle mit kurzwelliger, die
Leitfähigkeit des Leuchtstoffes erhöhender Strahlung noch eine zweite Strahlenquelle
vorgesehen, die durch langwellige Strahlung die Leitfähigkeit des Leuchtstoffes
herabsetzt. Bei derart ausgebildeten Einrichtungen kann die Strah; lung einer Lichtquelle
moduliert und die der anderen auf einen festen Wert eingestellt sein; man kann aber
auch die Strahlungen beider Lichtquellen modulieren. Als Strahlenquellen können
elektrische Entliadungs:lampen, z. B, Quecksilberdumpflampen, Glimmlampen oder Natriumdampflampen,
.oder auch elektrische Glühlampen in Verbindung mit geeigneten Filtern verwendet
werden.
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Das Intensitätsverhältnis aus anregender Strahlung zu auslöschender
'Strahlung regelt die Größe und Trägheit der durch die Ultrarotbeleuchtung hervorgerufenen
Widerstandsvergrößerung. Bei sehwacher- anregender Strahlung und starker auslöschender-Strahlung
ist der auslöschende Effekt sehr groß; die Stromstärke kann bis auf wenige Hundertteile
des unter dem Einfluß der anregenden Strahlung auftretenden Stromes zurückgehen.
Aufbau und Abbau der Anregung und der Auslöschung erfolgen dann jedoch ziemlich
träge. Bei stärkerer anregender Strahlung ist die auslöschende Wirkung geringer;
gleichzeitig nimmt jedoch ebenfalls die Trägheit stark -ab. Durch- Abgleichung der
anregenden- Strahlung ist es daher möglich, die Größe des Effektes bzw. die-Einstellzeit
weitgehend den besonderen Bedingungen anzupassen. 'So wird man z. B. bei- der Lichttelephonie
mit nach der Erfindung ausgebildeten Einrichtungen die anregende Strahlung so stark
wählen;. däß die Trägheit gering genug wird, um das für Sprache benötigte Band von
ungefähr 2ooo Hz hindurchzuIassen und um die damit verbundene geringere Empfindlichkeit
durch entsprechende Verstärkung zu kompensieren. Es ist ferner ebenfalls möglich,
die Größe und Trägheit des Effektes durch geeignete Wahl der Wellenlänge der anregenden
Strahlung zu beeinflussen. Infolge der besonderen Absorptionsverhältnisse bei derartigen
photoelektrisch empfindlichen Stoffen kann man durch Auswahl geeigneter Wellenlängen
erreichen, daß die anregende Strahlung entweder tief in die photoelektrisch empfindliche
Schicht eindringt oder nur ihre Oberfläche beeinflußt. Besonders hat sich für die
Anregung jenes Gebietes als wirkungsvoll erwiesen, das sich unmittelbar an den obenerwähnten
Wendepunkt bei 82o mß anschließend nach kurven Wellen erstreckt. Dient als anregende
Lichtquelle eine elektrische Glühlampe, so wird beispielsweise außer dem Filter,
das dieses Gebiet der anregenden Strahlung nach kurzen Wellen ,hin begrenzt, noch
ein zweites für Ultrarotstrahlen undurchlässiges Filter, z. B. Schott BG i9, verwendet,
das die auslöschende langwellige Strahlung ausfiltert. _ In der Zeichnung sind mehrere
Ausführungsformen von nach er Erfindung ausgebildeten Einrichtungen schematisch.
dargestellt.
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Bei der Einrichtung nach Abb. i besteht der Photowiderstand aus einer
Glasplatte i mit Doppelkammraster 2, auf dem sich die photoelektrisch empfindliche
Halbleiter-Leuchtstoffschicht 3 befindet. Die Vorderseite dieser Leuchtstoffschicht
3 wird durch die modulierte Strahlenquelle q., der ein Ultrarotfilter 5, z. B. aus
dem Glas UG 8 von Schott, zugeordnet ist, .und außerdem :durch eine kleine Glühlampe
6 unter Zwischenschaltung geeigneter Filter 7 bestrahlt.
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In den meisten Fällen empfiehlt es sich jedoch, die eine Strahlung
auf die Vorderseite, die andere dagegen auf die Rückseite der Leuchtstoffschicht
wirken zu lassen, wie Abb. 2 zeigt..
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Wird statt der Glühlampe 6 eine kleine Entladungslampe verwendet und
deren Strahlung ebenfalls moduliert, so ergeben sich besondere Wirkungen. Bei dem
beschriebenen Effekt wird durch -die kurzwellige Strahlung der Leuchtstoffhalbleiter
in einen solchen Zustand versetzt, daß er langwelliges Licht -absorbieren kann,
das dann wieder auslöschend wirkt. Es findet also gewissermaßen eine ständige Färbung
und Entfärbung des Leuchtstoffhalbleiters statt. Die Geschwindigkeit der Färbung
hängt von der- Intensität der anregenden Strahlung ab; je-intensiver-diese ist,
desto schneller wird der -Leuchtstoffhalbleiter in den aufnahmebereiten Zustand
versetzt. Andererseits bewirkt eine zu starke, dauernde Einstrahlung anregenden
Lichtes, daß die Wirkung der Auslöschung verkleinert wird, da während der Auslöschung
bereits wieder durch die anregende Strahlung eine Rückbildung der Färbung erfolgt.
Wenn man jedoch die Anregung durch moduliertes Licht erfolgen
läßt,
das die gleichen Frequenzen enthält wie die zu registrierende auslöschende modulierte
Strahlung, und eine geeignete Phasenverschiebung zwischen @anregender und auslöschender
Strahlung vorsieht, dann kann man die Anregung durch starkes Licht erfolgen lassen
und erhält damit eine starke auslöschende Wirkung. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise
bei der optischen Telephonie nur notwendig, die ankommende Sprache ihrerseits unter
Einschaltung eines geeigneten Gliedes, das die Phase verschiebt, zur Modulation
der anregenden Strahlung zu verwenden. In der Abb. 3 sind die Phasenverhältnisse
zwischen der auslöschenden modulierten langwelligen Strahlung 8 und der anregenden
modulierten kurzwelligen Strahlung g dargestellt.
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Abb. q. zeigt eine solche Einrichtung. Der vom Mikrophon io über den
Tonfrequenzmodulator ii kommende Strom steuert die im Reflektor 1a eingebaute Sendelampe
13, die modulierte Ultrarotstrahlung aussendet. Auf der Empfängerseite wirft
der Reflektor 1q. die ankommende Ultrarotstrahlung auf die Vorderseite des Photowiderstandes
16. Die Rückseite des Photowiderstandes 16 wird von der Lampe 17 beleuchtet, die
kurzwellige anregende Strahlung liefert. Die Lampe 17 wird durch den Modulator
18 so gesteuert, daß ihre Strahlung gegenüber der Strahlung der Lampe
13 in der Phase verschoben ist, z. B. um i8o'". Der den Photowiderstand 16
durchfließende Strom wird schließlich über den Verstärker i9 dem Telephon 2o zugeleitet.
Da die Färbung durch das anregende Licht eine bestimmte, wenn auch sehr kurze Zeit
vorhält, kann sie z. B. auch aus intensiven Lichtblitzen zwischen den einzelnen
Signalen bestehen, in ähnlicher Weise, wie etwa die empfindliche Schicht eines Ikonoskops
zur Aufnahme eines neuen Bildes durch Überstreichen mit dem entladenden Elektronenstrahl
in der Bildpause aufnahmefertig gemacht wird. Durch hohe Intensität des anregenden
Lichtblitzes kann die Zeit zur Herstellung der auslöschenden Strahlung absorbierenden
Färbung sehr verkürzt werden. Dazu eignen sich z. B. die bekannten Stoßlarnpeneinrichtungen,
wie sie für Stroboskopie benutzt werden.
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Für viele Verwendungszwecke empfiehlt es sich, die anregende Lichtquelle
mit dem Photowiderstand baulich zu einer einheitlichen Anordnung zusammenzufassen.