I fotorivelatori sono dispositivi in grado di rilevare l’energia elettromagnetica, tipicamente la luce, che contiene particelle di fotoni che sono un tipo di energia elettromagnetica. Sebbene ne esistano molti tipi, i più comuni sono meccanici, biologici, chimici. I fotorivelatori possono essere utilizzati anche come termometri, per misurare le radiazioni, generare tensione, amplificare una corrente esistente e registrare immagini. Le piante usano persino una forma di fotorilevamento per guidare la loro crescita, poiché le loro cellule reagiscono alla luce e crescono verso di essa. Che siano naturali o artificiali, tutti i fotorivelatori condividono un principio comune: una reazione innescata dalla presenza della luce.
Un esempio di un sensore meccanico di questo tipo sarebbe un sistema di sicurezza laser che rileva la presenza di luce laser e la sua interruzione, per determinare intrusioni e attivare un allarme. Il sensore biologico più conosciuto è l’occhio, che rileva e reagisce alla luce per interpretare i segnali ottici, che poi invia al cervello come immagine. La pellicola fotografica è una delle forme più semplici di sensori chimici: utilizza la luce per imprimere un’immagine sulla sua superficie. I fotografi sviluppano la pellicola in camera oscura per evitare di rovinarla, qualora la pellicola dovesse avere una reazione chimica alla luce.
Con una vasta gamma di usi, i fotorilevatori appaiono ovunque, dai telescopi per la rilevazione di particelle al Large Hadron Collider agli occhiali da sole sensibili ai raggi UV. La maggior parte dei fotorivelatori è calibrata per rilevare luce e radiazioni su uno spettro molto specifico, che va dall’ultravioletto all’infrarosso. I dispositivi a infrarossi, come sensori di calore e telecomandi televisivi, utilizzano la luce sullo spettro infrarosso per trasmettere un segnale, che viene catturato e interpretato da un rilevatore. Quando si preme un pulsante sul telecomando di un televisore, il telecomando emette un segnale a infrarossi su una lunghezza d’onda invisibile all’occhio umano. Il televisore intercetta e interpreta il segnale come un comando per abbassare il volume, cambiare canale, accendere o spegnere.
A seconda del loro scopo, i fotorilevatori possono avere una varietà di altre funzioni. Ad esempio, i semiconduttori e i circuiti semiconduttori utilizzano fotorivelatori per condurre una corrente elettrica trasformando la luce in elettricità. Quando il semiconduttore è esposto alla luce nel suo spettro bersaglio, il materiale semiconduttore assorbe i fotoni che agiscono sugli elettroni per separare le coppie elettrone-lacuna e creare elettroni in uno stato eccitato. Questo risultato consente agli elettroni di viaggiare liberamente come mezzo conduttivo, che crea una fotocorrente. Questa azione conduttiva rende i semiconduttori un componente di base fondamentale di quasi tutta l’elettronica moderna.