✖


Jump to content

Фотоумножитель

(Перенаправлено с фотоумножителей )
Фотоумножитель

Фотоумножители ( сокращенно фотоумножители или ФЭУ ) представляют собой чрезвычайно чувствительные детекторы света в ультрафиолетовом , видимом и ближнем инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра . Они относятся к классу вакуумных трубок , точнее, вакуумных фототрубок . Эти детекторы умножают ток, создаваемый падающим светом, в 100 миллионов раз, или в 10 раз. 8 (т.е. 160 дБ ), [ 1 ] в нескольких динодных каскадах, что позволяет (например) отдельные фотоны обнаруживать , когда падающий поток света мал.

Диноды внутри фотоумножителя

Сочетание высокого коэффициента усиления , низкого уровня шума , высокой частотной характеристики или, что эквивалентно, сверхбыстрого отклика и большой площади сбора данных позволило фотоумножителям занять важное место в спектроскопии при слабом освещении , конфокальной микроскопии , рамановской спектроскопии , флуоресцентной спектроскопии , ядерной спектроскопии и спектроскопии частиц. физика , астрономия , медицинская диагностика, включая анализы крови , медицинская визуализация , сканирование кинопленки ( телекино ), радиолокационные помехи и высококачественные сканеры изображений, известные как барабанные сканеры . Элементы фотоумножительной технологии, при различной интеграции, составляют основу приборов ночного видения . Исследования, в которых анализируется рассеяние света , например, исследование полимеров в растворе, часто используют лазер и ФЭУ для сбора данных о рассеянном свете.

Полупроводниковые устройства , особенно кремниевые фотоумножители и лавинные фотодиоды , являются альтернативой классическим фотоумножителям; однако фотоумножители исключительно хорошо подходят для приложений, требующих малошумящего и высокочувствительного обнаружения света, который несовершенно коллимирован .

Структура и принципы работы

[ редактировать ]
Рис.1: Схема фотоумножителя, соединенного со сцинтиллятором . Это устройство предназначено для обнаружения гамма-лучей .
Рис. 2: Типичная схема делителя напряжения фотоумножителя, использующего высокое отрицательное напряжение.

Фотоумножители обычно имеют вакуумированный стеклянный корпус (с использованием чрезвычайно плотного и прочного уплотнения стекло-металл , как и другие электронные лампы ), содержащий фотокатод , несколько динодов и анод . Падающие фотоны попадают на материал фотокатода , который обычно представляет собой тонкий проводящий слой , осажденный из паровой фазы на внутренней стороне входного окна устройства. Электроны выбрасываются с поверхности в результате фотоэффекта . Эти электроны направляются фокусирующим электродом в сторону электронного умножителя , где электроны размножаются в процессе вторичной эмиссии .

Электронный умножитель состоит из ряда электродов, называемых динодами . Каждый динод имеет более положительный потенциал на ≈100 В, чем предыдущий. Первичный электрон покидает фотокатод с энергией падающего фотона, или около 3 эВ для «синих» фотонов, за вычетом работы выхода фотокатода. Небольшая группа первичных электронов создается прибытием группы первичных фотонов. (На рис. 1 число первичных электронов в исходной группе пропорционально энергии падающего гамма-кванта высокой энергии.) Первичные электроны движутся к первому диноду, поскольку они ускоряются электрическим полем. Каждый из них прибывает с кинетической энергией ≈100 эВ, создаваемой разностью потенциалов. При ударе по первому диноду испускаются более низкоэнергетические электроны, которые, в свою очередь, ускоряются по направлению ко второму диноду. Геометрия динодной цепочки такова, что происходит каскад с экспоненциально возрастающим числом электронов, образующихся на каждой стадии. Например, если на каждом этапе на каждый пришедший электрон образуется в среднем 5 новых электронов и если динодных этапов 12, то на последнем этапе на каждый первичный электрон ожидается около 5 12 ≈ 10 8 электроны. Эта последняя стадия называется анодом . Такое большое количество электронов, достигающих анода, приводит к резкому импульсу тока, который легко обнаружить, например, на осциллографе, сигнализируя о прибытии фотона(ов) на фотокатод на ≈50 наносекунд раньше.

Необходимое распределение напряжения вдоль ряда динодов создается цепочкой делителя напряжения, как показано на рис. 2. В примере на фотокатод подается отрицательное высокое напряжение порядка 1000 В, а на анод очень сильное напряжение. близко к потенциалу земли . Конденсаторы на последних нескольких динодах действуют как локальные резервуары заряда, помогая поддерживать напряжение на динодах, пока электронные лавины распространяются по трубке. На практике используется множество вариантов дизайна; показанный дизайн является просто иллюстративным.

Внутренняя металлизация как защитный экран от нежелательных источников света

Существует две распространенные ориентации фотоумножителя: конструкция «в лоб» или «с торца » (режим пропускания), как показано выше, при которой свет попадает в плоскую круглую верхнюю часть трубки и проходит через фотокатод, а также конструкция «сбоку» (режим отражения). ), где свет попадает в определенное место на боковой стороне трубки и воздействует на непрозрачный фотокатод. Боковая конструкция используется, например, в типе 931 , первом серийном ФЭУ. Помимо различных материалов фотокатода, на производительность также влияет пропускание материала окна , через которое проходит свет, и расположение динодов. Доступны многие модели фотоумножителей, имеющие различные комбинации этих и других конструктивных переменных. Руководства производителей предоставляют информацию, необходимую для выбора подходящей конструкции для конкретного применения.

История

[ редактировать ]

Изобретение фотоумножителя основано на двух предшествующих достижениях: отдельных открытиях фотоэлектрического эффекта и вторичной эмиссии .

Фотоэлектрический эффект

[ редактировать ]

Первую демонстрацию фотоэффекта осуществил в 1887 году Генрих Герц с использованием ультрафиолетового света. [ 2 ] Что важно для практического применения, Эльстер и Гейтель два года спустя продемонстрировали тот же эффект, используя видимый свет, воздействующий на щелочные металлы (калий и натрий). [ 3 ] Добавление цезия , другого щелочного металла , позволило расширить диапазон чувствительных длин волн в сторону более длинных волн в красной части видимого спектра.

Исторически фотоэлектрический эффект связан с Альбертом Эйнштейном , который полагался на это явление, чтобы установить фундаментальный принцип квантовой механики в 1905 году. [ 4 ] достижение, за которое Эйнштейн получил Нобелевскую премию 1921 года . Стоит отметить, что Генрих Герц, работавший 18 годами ранее, не осознавал, что кинетическая энергия испускаемых электронов пропорциональна частоте, но не зависит от оптической интенсивности. подразумевал дискретную природу света, т.е. существование квантов Этот факт впервые .

Вторичная эмиссия

[ редактировать ]

Явление вторичной эмиссии (способность электронов в вакуумной лампе вызывать эмиссию дополнительных электронов при ударе об электрод ) сначала ограничивалось чисто электронными явлениями и устройствами (лишёнными фоточувствительности ). В 1899 году об этом эффекте впервые сообщил Виллар. [ 5 ] В 1902 году Остин и Старк сообщили, что металлические поверхности, на которые воздействовали электронные лучи, испускали большее количество электронов, чем падало на них. [ 6 ] Применение недавно открытого вторичного излучения для усиления сигналов было предложено только после мировой войны учёным Вестингауза Первой Джозефом Слепяном в патенте 1919 года. [ 7 ]

Гонка за практичной электронной телекамерой

[ редактировать ]

Ингредиенты для изобретения фотоумножителя собрались вместе в 1920-х годах, когда темпы развития технологии электронных ламп ускорились. Основной целью для многих, если не для большинства, рабочих была потребность в практичной технологии телекамеры. ) телевидение развивалось с помощью примитивных прототипов На протяжении десятилетий до появления в 1934 году первой практической видеокамеры ( иконоскопа . Ранним прототипам телекамер не хватало чувствительности. Технология фотоумножителя была использована для того, чтобы сделать трубки телевизионных камер, такие как иконоскоп и (позже) ортикон , достаточно чувствительными, чтобы их можно было использовать на практике. Таким образом, была подготовлена ​​почва для объединения двойных явлений фотоэмиссии (то есть фотоэлектрического эффекта) с вторичной эмиссией , оба из которых уже были изучены и адекватно поняты, для создания практического фотоумножителя.

Первый фотоумножитель однокаскадный (начало 1934 г.)

[ редактировать ]

Первая задокументированная демонстрация фотоумножителя относится к началу 1934 года, когда группа RCA базировалась в Харрисоне, штат Нью-Джерси. Харли Ямс и Бернард Зальцберг были первыми, кто объединил катод с фотоэлектрическим эффектом и один каскад усиления вторичной эмиссии в одной вакуумной оболочке, и первыми охарактеризовали его работу как фотоумножителя с коэффициентом усиления электронного усиления. Эти достижения были завершены до июня 1934 года, как подробно описано в рукописи, представленной в Трудах Института радиоинженеров (Proc. IRE). [ 8 ] Устройство состояло из полуцилиндрического фотокатода , вторичного эмиттера, закрепленного на оси, и коллекторной сетки, окружающей вторичный эмиттер. Лампа имела коэффициент усиления около восьми и работала на частотах значительно выше 10 кГц.

Магнитные фотоумножители (середина 1934–1937 гг.)

[ редактировать ]

Требовались более высокие коэффициенты усиления, чем те, которые были доступны в первых одноступенчатых фотоумножителях. Однако эмпирический факт заключается в том, что выход вторичных электронов ограничен в любом данном процессе вторичной эмиссии, независимо от ускоряющего напряжения. Таким образом, любой однокаскадный фотоумножитель ограничен по коэффициенту усиления. В то время максимальный коэффициент усиления первой ступени, которого можно было достичь, составлял примерно 10 (очень важные разработки в 1960-х годах позволили достичь коэффициента усиления выше 25 с использованием динодов с отрицательным сродством к электрону ). По этой причине важной целью были многоступенчатые фотоумножители, в которых выход фотоэлектронов можно было последовательно умножать в несколько этапов. Задача заключалась в том, чтобы заставить фотоэлектроны сталкиваться с последовательными электродами с более высоким напряжением, а не двигаться непосредственно к электроду с самым высоким напряжением. Первоначально эта проблема была решена за счет использования сильных магнитных полей для изменения траекторий электронов. Такая схема была ранее задумана изобретателем Я. Слепяном в 1919 г. (см. выше). Соответственно, ведущие международные исследовательские организации обратили свое внимание на усовершенствование фотоумножителей для достижения более высокого коэффициента усиления с помощью нескольких каскадов.

В СССР радиоаппаратура производства RCA была широко внедрена Иосифом Сталиным для строительства сетей вещания, а недавно созданный Всесоюзный научно-исследовательский институт телевидения готовил передовую для своего времени программу исследований электронных ламп. и место. Научные сотрудники RCA неоднократно посещали СССР в 1930-х годах, перед холодной войной , чтобы проинструктировать советских заказчиков о возможностях оборудования RCA и изучить потребности клиентов. [ 9 ] из RCA Во время одного из таких визитов, в сентябре 1934 года, Владимиру Зворыкину был показан первый многодинодный фотоумножитель, или фотоэлектронный умножитель . Это новаторское устройство было предложено Леонидом Кубецким в 1930 году. [ 10 ] который он впоследствии построил в 1934 году. При демонстрации в июне 1934 года устройство продемонстрировало прирост в 1000 раз и более. Работа была представлена ​​для печатной публикации только два года спустя, в июле 1936 года. [ 11 ] как подчеркивается в недавнем издании Российской академии наук (РАН) за 2006 г., [ 12 ] который называет это «Трубкой Кубецкого». Советское устройство использовало магнитное поле для удержания вторичных электронов и основывалось на фотокатоде Ag-O-Cs, который был продемонстрирован General Electric в 1920-х годах.

К октябрю 1935 года Владимир Зворыкин , Джордж Эшмун Мортон и Луи Малтер из RCA в Камдене, штат Нью-Джерси, представили свою рукопись, описывающую первый всесторонний экспериментальный и теоретический анализ многодинодной трубки — устройства, позже названного фотоумножителем . [ 13 ] — к Проц. ИРЭ. В прототипах фотоумножителей RCA также использовался фотокатод Ag-O-Cs ( оксид серебра - цезий ). Они продемонстрировали пиковую квантовую эффективность 0,4% при длине волны 800 нм .

Электростатические фотоумножители (1937 – настоящее время)

[ редактировать ]

В то время как в этих первых фотоумножителях использовался принцип магнитного поля, электростатические фотоумножители (без магнитного поля) были продемонстрированы Яном Райхманом из RCA Laboratories в Принстоне, штат Нью-Джерси, в конце 1930-х годов и стали стандартом для всех будущих коммерческих фотоумножителей. Первый серийный фотоумножитель Тип 931 имел такую ​​конструкцию и серийно производится до сих пор. [ 14 ]

Улучшенные фотокатоды

[ редактировать ]

значительно улучшенном фотокатоде Cs 3 Sb ( цезий - сурьма ). Также в 1936 году П. Герлих сообщил о [ 15 ] Фотокатод цезия-сурьмы имел значительно улучшенную квантовую эффективность - 12% при длине волны 400 нм и использовался в первых коммерчески успешных фотоумножителях, производимых RCA (т.е. типа 931), как в качестве фотокатода, так и в качестве материала вторичной эмиссии для диноды ​ . Разные фотокатоды давали разные спектральные отклики.

Спектральный отклик фотокатодов

[ редактировать ]

В начале 1940-х годов JEDEC (Объединенный совет по разработке электронных устройств), отраслевой комитет по стандартизации, разработал систему обозначения спектральных характеристик. [ 16 ] Философия включала идею о том, что пользователю продукта нужно беспокоиться только о реакции устройства, а не о том, как устройство может быть изготовлено. Различным комбинациям материалов фотокатода и окон были присвоены «S-номера» (спектральные номера) от S-1 до S-40, которые используются до сих пор. Например, в С-11 используется цезиево-сурьмяный фотокатод с окном из известкового стекла, в С-13 — тот же фотокатод с окном из плавленого кварца, а в С-25 — так называемый «многощелочной» фотокатод (Na-K-Sb -Cs или натрий - калий - сурьма - цезий ), обеспечивающий расширенный отклик в красной части спектра видимого света. Пока не сообщалось о подходящих фотоэмиссионных поверхностях, способных обнаруживать длины волн длиннее примерно 1700 нанометров, к которым можно приблизиться с помощью специального фотокатода (InP/InGaAs(Cs)). [ 17 ]

Корпорация РКА

[ редактировать ]

На протяжении десятилетий RCA отвечала за выполнение наиболее важной работы по разработке и совершенствованию фотоумножителей. RCA также в значительной степени отвечала за коммерциализацию фотоумножителей. Компания составила и опубликовала авторитетный и широко используемый справочник по фотоумножителям . [ 18 ] RCA бесплатно предоставила печатные копии по запросу. Справочник, который преемники RCA по-прежнему бесплатно размещают в Интернете, считается важным справочным материалом.

После корпоративного распада в конце 1980-х годов, связанного с приобретением RCA компанией General Electric и передачей подразделений RCA многочисленным третьим сторонам, фотоумножительный бизнес RCA стал независимой компанией.

Объект в Ланкастере, Пенсильвания

[ редактировать ]

Завод в Ланкастере , штат Пенсильвания, был открыт ВМС США в 1942 году и управлялся RCA для производства радио- и микроволновых ламп . После Второй мировой войны военно-морской объект был приобретен RCA. RCA Lancaster, как ее стали называть, была базой для разработки и производства коммерческой телевизионной продукции. В последующие годы были добавлены другие продукты, такие как «электронно-лучевые» трубки , фотоумножители, переключатели управления освещением с датчиком движения и замкнутого телевидения системы .

Берл Индастриз

[ редактировать ]

Burle Industries, как преемник корпорации RCA, продолжила бизнес по производству фотоумножителей RCA после 1986 года, базируясь на предприятии в Ланкастере, штат Пенсильвания. Приобретение RCA компанией General Electric в 1986 году привело к продаже подразделения RCA Lancaster New Products Division. Таким образом, через 45 лет после основания ВМС США его управленческая команда во главе с Эрихом Бурлефингером выкупила подразделение и в 1987 году основала Burle Industries.

В 2005 году, после восемнадцати лет работы в качестве независимого предприятия, Burle Industries и ключевое дочернее предприятие были приобретены Photonis, европейской холдинговой компанией Photonis Group . После приобретения в состав Photonis вошли Photonis Нидерланды, Photonis France, Photonis USA и Burle Industries. Photonis USA управляет бывшей группой научных детекторов Galileo Corporation ( Стербридж, Массачусетс ), которая была приобретена Burle Industries в 1999 году. Группа известна электронными умножителями с микроканальными пластинчатыми детекторами (MCP) — версией фотоумножителей со встроенной микровакуумной трубкой. . MCP используются для визуализации и научных приложений, включая устройства ночного видения .

9 марта 2009 года компания Photonis объявила о прекращении производства фотоумножителей на заводах в Ланкастере, штат Пенсильвания, и на заводах в Бриве, Франция. [ 19 ]

Хамамацу

[ редактировать ]

компания Японская ( также Hamamatsu Photonics известная как Hamamatsu) с 1950-х годов стала лидером в индустрии фотоумножителей. Hamamatsu, по традиции RCA, опубликовала собственное руководство, которое бесплатно доступно на веб-сайте компании. [ 20 ] Hamamatsu использует различные обозначения для конкретных составов фотокатодов и вносит модификации в эти обозначения на основе собственных исследований и разработок Hamamatsu.

Фотокатодные материалы

[ редактировать ]

Фотокатоды могут быть изготовлены из самых разных материалов с разными свойствами. Обычно материалы имеют низкую работу выхода и поэтому склонны к термоэлектронной эмиссии , вызывающей шум и темновой ток, особенно материалы, чувствительные к инфракрасному излучению; охлаждение фотокатода снижает этот тепловой шум. Наиболее распространенными материалами фотокатодов являются [ 21 ] Режим пропускания Ag-O-Cs (также называемый S1), чувствительный в диапазоне 300–1200 нм. Высокий темновой ток; используется в основном в ближнем инфракрасном диапазоне, с охлаждаемым фотокатодом; GaAs:Cs, цезий - активированный арсенид галлия , плоский отклик от 300 до 850 нм, затухающий в сторону ультрафиолета и до 930 нм; , активированный цезием InGaAs:Cs, арсенид индия-галлия , более высокая чувствительность к инфракрасному излучению, чем GaAs:Cs, в диапазоне 900–1000 нм гораздо более высокое соотношение сигнал/шум , чем у Ag-O-Cs; Sb-Cs (также называемый S11) активированная цезием сурьма , используемая для фотокатодов с отражающим режимом; диапазон реагирования от ультрафиолетового до видимого, широко используемый; двухщелочные (Sb-K-Cs, Sb-Rb-Cs), активированный цезием сплав сурьмы-рубидия или сурьмяно-калийного сплава, аналогичный Sb:Cs, с более высокой чувствительностью и меньшим шумом. может использоваться для режима передачи; NaI:Tl благоприятный отклик на вспышки сцинтилляторов делает их широко используемыми в гамма-спектроскопии и детектировании радиации; высокотемпературный бищелочной (Na-K-Sb), может работать при температуре до 175 °C, используется при каротаже скважин , низкий темновой ток при комнатной температуре; многощелочной (Na-K-Sb-Cs) (также называемый S20), широкий спектральный отклик от ультрафиолета до ближнего инфракрасного диапазона, специальная катодная обработка позволяет расширить диапазон до 930 нм, используется в широкополосной связи спектрофотометры ; солнечно-слепой (Cs-Te, Cs-I), чувствительный к вакуумному УФ и ультрафиолету, нечувствительный к видимому свету и инфракрасному излучению (Cs-Te имеет границу при 320 нм, Cs-I при 200 нм).

Оконные материалы

[ редактировать ]

Окна фотоумножителей действуют как фильтры длин волн; это может не иметь значения, если длины волн отсечки находятся за пределами диапазона применения или за пределами диапазона чувствительности фотокатода, но для необычных длин волн необходимо соблюдать особую осторожность. Боросиликатное стекло обычно используется для ближнего инфракрасного диапазона примерно до 300 нм. Боросиликатные стекла с высоким содержанием бората существуют также в версиях с высоким пропусканием УФ-излучения, с высоким пропусканием также при длине волны 254 нм. [ 22 ] Стекло с очень низким содержанием калия можно использовать с бищелочными фотокатодами для снижения фонового излучения изотопа калия-40 . Ультрафиолетовое стекло пропускает видимый и ультрафиолетовый свет до 185 нм. Используется в спектроскопии. Синтетический диоксид кремния пропускает свет на длину волны до 160 нм, поглощает меньше УФ-излучения, чем плавленый кварц. Тепловое расширение, отличное от ковара (и от боросиликатного стекла, которое по расширению соответствует ковару), необходимо ступенчатое уплотнение между окном и остальной частью трубки. Уплотнение уязвимо к механическим ударам. Фторид магния пропускает ультрафиолет до 115 нм. Гигроскопичен , хотя и меньше, чем другие галогениды щелочных металлов, пригодные для использования в УФ-окнах.

Рекомендации по использованию

[ редактировать ]

В фотоумножителях обычно используется напряжение от 1000 до 2000 вольт для ускорения электронов внутри цепочки динодов. (См. рисунок в верхней части статьи.) Самое отрицательное напряжение подается на катод, а самое положительное напряжение подается на анод. Часто предпочтительны источники отрицательного высокого напряжения (с заземленной положительной клеммой), поскольку такая конфигурация позволяет фототок измерять на стороне низкого напряжения схемы для его усиления последующими электронными схемами, работающими при низком напряжении. Однако, когда фотокатод находится под высоким напряжением, токи утечки иногда приводят к нежелательным импульсам «темнового тока», которые могут повлиять на работу. Напряжения распределяются на диноды с помощью резистивного делителя напряжения такие варианты, как активные конструкции (с транзисторами или диодами , хотя возможны ). Конструкция делителя, влияющая на частотную характеристику или время нарастания , может быть выбрана в соответствии с различными приложениями. Некоторые приборы, в которых используются фотоумножители, имеют возможность изменять анодное напряжение для управления коэффициентом усиления системы.

Во время подачи питания (под напряжением) фотоумножители должны быть защищены от окружающего света, чтобы предотвратить их разрушение из-за перевозбуждения. В некоторых приложениях эта защита осуществляется механически с помощью электрических блокировок или шторок, которые защищают трубку при открытии отсека фотоумножителя. Другой вариант — добавить защиту от перегрузки по току во внешнюю цепь, чтобы, когда измеренный анодный ток превышает безопасный предел, высокое напряжение снижалось.

При использовании в местах с сильными магнитными полями , которые могут искривлять траектории электронов, уводить электроны от динодов и вызывать потерю усиления, фотоумножители обычно магнитно экранируются слоем мягкого железа или мю-металла . Этот магнитный экран часто поддерживается при катодном потенциале. В этом случае внешний экран также должен быть электрически изолирован из-за высокого напряжения на нем. Фотоумножители с большими расстояниями между фотокатодом и первым динодом особенно чувствительны к магнитным полям. [ 21 ]

Приложения

[ редактировать ]

Фотоумножители были первыми электрическими глазными устройствами, которые использовались для измерения прерываний световых лучей. Фотоумножители используются вместе со сцинтилляторами для обнаружения ионизирующего излучения с помощью ручных и стационарных приборов радиационной защиты, а также излучения частиц в физических экспериментах. [ 23 ] Фотоумножители используются в исследовательских лабораториях для измерения интенсивности и спектра светоизлучающих материалов, таких как сложные полупроводники и квантовые точки . Фотоумножители используются в качестве детектора во многих спектрофотометрах . Это позволяет создать конструкцию прибора, которая выходит за пределы теплового шума по чувствительности и, следовательно, может существенно увеличить динамический диапазон прибора.

Фотоумножители используются во многих конструкциях медицинского оборудования. Например, устройства для анализа крови , используемые клиническими медицинскими лабораториями, такие как проточные цитометры , используют фотоумножители для определения относительной концентрации различных компонентов в образцах крови в сочетании с оптическими фильтрами и лампами накаливания . используется массив фотоумножителей В гамма-камере . Фотоумножители обычно используются в качестве детекторов в сканерах летающих пятен .

Высокочувствительные приложения

[ редактировать ]

Спустя 50 лет, в течение которых твердотельные электронные компоненты в значительной степени вытеснили электронные лампы, фотоумножитель остается уникальным и важным оптоэлектронным компонентом. Возможно, его наиболее полезным качеством является то, что в электронном виде он действует как почти идеальный источник тока благодаря высокому напряжению, используемому для извлечения крошечных токов, связанных со слабыми световыми сигналами. , связанный с токами сигналов фотоумножителя, отсутствует Шум Джонсона , даже если они сильно усилены, например, в 100 тысяч раз (т. е. 100 дБ) или более. Фототок все еще содержит дробовой шум .

Фототоки, усиленные фотоумножителем, могут быть усилены электронным способом с помощью электронного усилителя с высоким входным сопротивлением (на пути прохождения сигнала после фотоумножителя), создавая таким образом заметные напряжения даже для почти бесконечно малых потоков фотонов. Фотоумножители предлагают наилучшую возможность превысить шум Джонсона для многих конфигураций. Вышеупомянутое относится к измерению световых потоков, которые, хотя и малы, тем не менее представляют собой непрерывный поток множества фотонов.

Для меньших потоков фотонов фотоумножитель может работать в режиме счета фотонов или режиме Гейгера (см. Также Однофотонный лавинный диод ). В режиме Гейгера коэффициент усиления фотоумножителя устанавливается настолько высоким (с использованием высокого напряжения), что один фотоэлектрон, образующийся в результате падения одного фотона на первичную поверхность, генерирует очень большой ток в выходной цепи. Однако из-за лавинообразного тока требуется сброс фотоумножителя. В любом случае фотоумножитель может обнаруживать отдельные фотоны. Однако недостатком является то, что не каждый фотон, падающий на первичную поверхность, учитывается либо из-за несовершенной эффективности фотоумножителя, либо из-за того, что второй фотон может достичь фотоумножителя в течение « мертвого времени », связанного с первым. фотон и никогда не быть замеченным.

Фотоумножитель будет производить небольшой ток даже без падающих фотонов; это называется темным током . Для приложений подсчета фотонов обычно требуются фотоумножители, предназначенные для минимизации темнового тока.

Тем не менее, способность обнаруживать одиночные фотоны, падающие на первичную светочувствительную поверхность, сама по себе раскрывает принцип квантования, выдвинутый Эйнштейном . Подсчет фотонов (так его называют) показывает, что свет, будучи не только волной, состоит из дискретных частиц (т. е. фотонов ).

Диапазон температур

[ редактировать ]

Известно, что при криогенных температурах фотоумножители демонстрируют увеличение (взрывной) эмиссии электронов с понижением температуры. Это явление до сих пор не объяснено ни одной физической теорией . [ 24 ]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Децибелы - это коэффициенты мощности. Мощность пропорциональна I 2 (текущий квадрат). Таким образом, текущий выигрыш в 10 8 дает прирост мощности 10 16 , или 160 дБ
  2. ^ Х. Герц (1887). «О влиянии ультрафиолета на электрический разряд» . Анналы физики . 267 (8): 983–1000. Бибкод : 1887АнП...267..983H . дои : 10.1002/andp.18872670827 .
  3. ^ Эльстер, Юлиус; Гейтель, Ганс (1889). «О разряде отрицательных электрических тел посредством солнечного и дневного света» . Анналы физики . 274 (12): 497. Бибкод : 1889АнП...274..497Е . дои : 10.1002/andp.18892741202 .
  4. ^ А. Эйнштейн (1905). «Об эвристической точке зрения на производство и преобразование света» (PDF) . Анналы физики . 322 (6): 132–148. Бибкод : 1905АнП...322..132Е . дои : 10.1002/andp.19053220607 . Архивировано (PDF) из оригинала 9 июля 2011 г.
  5. ^ Arifov, U. A. (14 December 2013). Interaction of Atomic Particles with a Solid Surface / Vzaimodeistvie Atomnykh Chastits S Poverkhnost'yu Tverdogo Tela / Взаимодействие Атомных Частиц С Поверхностью Твердого Тела . Springer. ISBN  9781489948090 . Архивировано из оригинала 12 марта 2017 года в Google Книгах.
  6. ^ Х. Брюининг, Физика и применение вторичной электронной эмиссии (McGraw-Hill Book Co., Inc.; 1954).
  7. ↑ Дж. Слепиан, Westinghouse Electric, Патент США «Трубка с горячим катодом» № 1 450 265 , выдан 3 апреля 1923 г. (подана в 1919 г.)
  8. ^ Ямс, Х.; Зальцберг, Б. (1935). «Фототрубка вторичной эмиссии». Труды ИРЭ . 23 : 55. дои : 10.1109/JRPROC.1935.227243 . S2CID   51654002 .
  9. ↑ А.Б. Магун добавляет зрение к звуку в сталинской России: RCA и передача телевизионных технологий в Советский Союз. Архивировано 24 июля 2011 г. в Wayback Machine , Общество истории технологий (SHOT), Амстердам (2004).
  10. ^ "Кубецкий Леонид Александрович" [Kubetsky Leonid Aleksandrovich]. Большая советская энциклопедия [ Great Soviet Encyclopedia ] (in Russian). Vol. 13 (3 ed.). Moscow: Sovetskaya Entsiklopediya. 1973.
  11. ^ Кубецкий, Л. А. (1937). «Множественный усилитель». Труды ИРЭ . 25 (4): 421. doi : 10.1109/JRPROC.1937.229045 . S2CID   51643186 .
  12. ^ Лубсандоржиев, Б (2006). «К истории изобретения фотоумножителей». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 567 (1): 236. arXiv : Physics/0601159 . Бибкод : 2006NIMPA.567..236L . дои : 10.1016/j.nima.2006.05.221 .
  13. ^ Зворыкин В.К.; Мортон, Джорджия; Мальтер, Л. (1936). «Умножитель вторичной эмиссии — новое электронное устройство». Труды ИРЭ . 24 (3): 351. doi : 10.1109/JRPROC.1936.226435 . S2CID   51654458 .
  14. ^ Дж. Райчман и Э.В. Пайк, Технический отчет RCA TR-362, «Электростатическая фокусировка в умножителях вторичного излучения», 9 сентября 1937 г.
  15. ^ Гёрлих, П. (1936). «О композитных прозрачных фотокатодах». Журнал физики . 101 (5–6): 335. Бибкод : 1936ZPhy..101..335G . дои : 10.1007/BF01342330 . S2CID   121613539 .
  16. ^ "Данные относительного спектрального отклика для светочувствительные устройства («S-кривые»)», Публикация JEDEC № 50, Ассоциация электронной промышленности, Инженерный отдел, 2001 I Street, NW, Вашингтон, округ Колумбия, 20006 (1964).
  17. ^ «Справочник по ПЛТ Хамамацу» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 4 мая 2014 г. Проверено 21 апреля 2009 г. п. 34, Таблица 4-1: Типичные характеристики спектрального отклика, фотокатоды в режиме пропускания
  18. ^ Корпорация RCA (1970). Руководство по фотоумножителю RCA . Архивировано из оригинала 12 июня 2016 г.
  19. ^ PHOTONIS прекратит свою деятельность в области фотоумножителя.
  20. ^ Хамамацу Фотоникс КК (2017). ФОТОУМНОЖИТЕЛИ: Основы и применение (PDF) .
  21. ^ Jump up to: а б Фотоумножительные трубки. Конструкция и эксплуатационные характеристики. Подключения к внешним цепям , Хамамацу
  22. ^ «SCHOTT – Проводник стеклянных трубок» . www.schott.com . Архивировано из оригинала 11 июля 2016 г.
  23. ^ «Зонд HP-265 Pancake GM» . www.drct.com .
  24. ^ Мейер, Х.О. (февраль 2010 г.). «Спонтанная эмиссия электронов с холодной поверхности» . EPL (Письма по еврофизике) . 89 (5): 58001. Бибкод : 2010EL.....8958001M . дои : 10.1209/0295-5075/89/58001 . ISSN   0295-5075 . S2CID   122528463 .

Библиография

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Викискладе есть медиафайлы, связанные с фотоумножителем .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Photomultiplier_tube&oldid=1241273952"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: bcb95ed8b5a96db1b12970f1ef6c7fdb__1716973440
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/bc/db/bcb95ed8b5a96db1b12970f1ef6c7fdb.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Photomultiplier tube - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)