Hvad er et fotomultiplikatorrør?

Et fotomultiplikatorrør bruger to videnskabelige principper til at forstærke effekten af en enkelt hændelsesfoton.De er lavet i mange forskellige konfigurationer af lysfølsomme materialer og hændelseslysvinkler for at opnå en høj forstærkning og en lav støjrespons i deres arbejdsområde af ultraviolet, synlige og næsten infrarøde frekvenser.Oprindeligt udviklet som et mere responsivt tv -kamera, fotomultiplikatorrør nu findes i mange anvendelser.

Med opfindelsen af halvledere er vakuumrør stort set blevet fjernet fra elektronikindustrien, med undtagelse af fotomultiplikatorrøret.I denne enhed passerer en enkelt foton gennem et vindue eller ansigtsplade og påvirker en fotokatode, en elektrode lavet af et fotoelektrisk materiale.Dette materiale absorberer energien fra den lette foton ved specifikke frekvenser og udsender elektroner i et resultat kaldet den fotoelektriske effekt.

Virkningerne af disse udsendte elektroner forstærkes ved anvendelse af princippet om sekundær emission.Elektronerne, der udsendes fra fotokatoden, er fokuseret på den første af en række elektronmultiplikatorplader kaldet dynoder.Ved hver dynode får de indkommende elektroner yderligere elektroner til at blive udsendt.En kaskadeeffekt opstår, og den hændelsesfoton er blevet amplificeret eller opdaget.Derfor, grundlaget for navnet fotomultiplikator, styrkes det meget lille signal fra en enkelt foton til det punkt, hvor det let kan påvises af strømmen af strøm fra fotomultiplikatorrøret.

Spektrale responser fra fotomultiplikatorrøret skyldes primært to til toDesignelementer.Typen af vindue bestemmer, hvilke fotoner der kan passere ind i enheden.Fotokatodematerialet bestemmer responsen på fotonen.Andre variationer på designet inkluderer rør-ende monterede vinduer eller sidevinduer, hvor fotonstrømmen hoppes fra fotokatoden.Da forstærkningen eller amplificeringen er begrænset af den sekundære emissionsproces og øges ikke med øget accelerationsspænding, blev der udviklet flere trins fotomultiplikatorer.

Fotokathode-responsen afhænger af den hændelsesfotonfrekvens, ikke antallet af modtagne fotoner.Hvis antallet af fotoner stiger, øges den genererede elektriske strøm, men hyppigheden af de udsendte elektroner er konstant for enhver vindues-fotocathode-kombination, et resultat, som Albert Einstein anvendte som bevis for lysets partikel-karakter.

Forøgelsen af et fotomultiplikatorrør varierer op til 100 millioner gange.Denne egenskab sammen med det lave støj eller uberettigede signal gør disse vakuumrør uundværlige til at detektere et meget lille antal fotoner.Denne detektionsevne er nyttig i astronomi, nattsyn, medicinsk billeddannelse og anden anvendelse.Halvlederversioner er i brug, men vakuumrørets fotomultiplikator er bedre egnet til påvisning af lette fotoner, der ikke er kollimeret, hvilket betyder, at lysstrålerne ikke kører parallelle stier med hinanden.

Fotomultiplikatorer blev først udviklet som tv-kameraer, som gjorde det muligt for tv-udsendelser at bevæge sig ud over studiobilleder med lyse lys til mere naturlige omgivelser eller rapportering på stedet.Mens de er blevet erstattet med ladekoblede enheder (CCD'er) i denne applikation, er fotomultiplikatorrør stadig vidt specificeret.Meget af udviklingsarbejdet med fotomultiplikatorrøret blev udført af RCA i faciliteter i USA og det tidligere Sovjetunionen i sidste halvdel af det 20. århundrede.I åbningen af årtier i det 21. århundrede fremstilles de fleste af verdens fotomultiplikatorrør af et japansk firma, Hamamatsu Photonics.