Was ist eine Fotomultiplikatorröhre?

Eine Fotomultiplikatorröhre verwendet zwei wissenschaftliche Prinzipien, um die Wirkung eines einzelnen einfallenden Photons zu verstärken.Sie werden in vielen verschiedenen Konfigurationen von lichtempfindlichen Materialien und einfallenden Lichtwinkeln hergestellt, um eine hohe Verstärkung und eine niedrige Rauschreaktion in ihrem Arbeitsbereich von ultravioletten, sichtbaren und nahezu Infrarotfrequenzen zu erzielen.Die ursprünglich als reaktionsfähigere Fernsehkamera entwickelt, finden sich jetzt in vielen Anwendungen, in denen die Photomultiplikator -Röhrchen vorhanden sind.

Mit der Erfindung von Halbleitern wurden Vakuumröhrchen weitgehend aus der Elektronikindustrie beseitigt, mit Ausnahme des Fotomultiplikator -Röhrchens.In diesem Gerät führt ein einzelnes Photon durch eine Fenster oder eine Gesichtsplatte und wirkt sich auf einen Photokathoden, eine Elektrode aus einem photoelektrischen Material.Dieses Material absorbiert die Energie des Lichtphotons bei bestimmten Frequenzen und emittiert Elektronen in einem Ergebnis, das als photoelektrischer Effekt bezeichnet wird.

Die Auswirkungen dieser emittierten Elektronen werden durch Verwendung des Prinzips der sekundären Emission verstärkt.Die aus dem Photokathode emittierten Elektronen konzentrieren sich auf die erste einer Reihe von Elektronenmultiplikatorplatten, die Dynodes genannt werden.Bei jedem Dynode führen die eingehenden Elektronen zusätzliche Elektronen aus.Ein Kaskadeneffekt tritt auf, und das einfallende Photon wurde verstärkt oder erkannt.Daher wird die Grundlage für den Namen Photomultiplierer, das sehr kleine Signal eines einzelnen Photons, bis zu dem Punkt gestärktDesign-Elemente.Der Fenstertyp bestimmt, welche Photonen in das Gerät übergeben können.Das Photokathodenmaterial bestimmt die Reaktion auf das Photon.Weitere Variationen des Designs sind röhrendend montierte Fenster oder Seitenfenster, bei denen der Photonstrom vom Photokathode abprallt wird.Da die Verstärkung oder Verstärkung durch den sekundären Emissionsprozess begrenzt ist und mit einer erhöhten Beschleunigungsspannung nicht zunimmt, wurden mehrstufige Fotomultiplierer entwickelt.

Die Photokathodenantwort hängt von der einfallenden Photonenfrequenz ab und nicht der Anzahl der empfangenen Photonen.Wenn die Anzahl der Photonen zunimmt, nimmt der elektrische Strom zu, aber die Frequenz der emittierten Elektronen ist für jede Fenster-Photocathode-Kombination konstant, was Albert Einstein als Beweis für die Partikel Natur des Lichts verwendete.

Der Gewinn eines Fotomultiplikatorröhrchens reicht bis zu 100 Millionen Mal.Diese Eigenschaft macht zusammen mit dem niedrigen Rauschen oder ungerechtfertigten Signal diese Vakuumröhrchen unverzichtbar, um eine sehr geringe Anzahl von Photonen zu erfassen.Diese Erkennungsfähigkeit ist nützlich für Astronomie, Nachtsicht, medizinische Bildgebung und andere Anwendungen.Halbleiterversionen werden verwendet, aber der Vakuumrohr-Photomultiplikator ist besser geeignet, um nicht kollimierte leichte Photonen zu erkennen, was bedeutet, dass die Lichtstrahlen keine parallele Wege miteinander winden.

Fotomultiplierer wurden erstmals als Fernsehkameras entwickelt, wodurch das Fernsehen über die Studio-Aufnahmen über helle Lichter bis hin zu natürlicheren Einstellungen oder Berichten vor Ort hinausging.Während sie in dieser Anwendung durch Ladungsgeräte (CCDs) ersetzt wurden, sind Photomultiplierröhrchen weiterhin weit verbreitet.Ein Großteil der Entwicklungsarbeiten an der Fotomultiplierrohr wurde von RCA in Einrichtungen in den Vereinigten Staaten und der ehemaligen Sowjetunion in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts durchgeführt.In den ersten Jahrzehnten des 21. Jahrhunderts werden die meisten Fotomultiplikatorröhrchen der Welt von einem japanischen Unternehmen, Hamamatsu Photonics, hergestellt.