Τι είναι ο σωλήνας φωτοπολλαπλασιασμού;

Ένας σωλήνας φωτοπολλαπλασιασμού χρησιμοποιεί δύο επιστημονικές αρχές για να ενισχύσει την επίδραση ενός μόνο φωτονίου περιστατικού.Κατασκευάζονται σε πολλές διαφορετικές διαμορφώσεις υλικών ευαίσθητων στο φως και γωνιών φωτισμού για να επιτύχουν υψηλό κέρδος και χαμηλή απόκριση θορύβου στην περιοχή λειτουργίας τους υπεριώδους, ορατές και σχεδόν υπέρυθρες συχνότητες.Αρχικά αναπτύχθηκε ως μια πιο ευαίσθητη τηλεοπτική κάμερα, οι σωλήνες φωτοπολλαπλασιασμού βρίσκονται τώρα σε πολλές εφαρμογές.Σε αυτή τη συσκευή, ένα μόνο φωτόνιο διέρχεται από ένα παράθυρο ή πλάκα προσώπου και επηρεάζει μια φωτοκαθόλη, ένα ηλεκτρόδιο από φωτοηλεκτρικό υλικό.Αυτό το υλικό απορροφά την ενέργεια του ελαφρού φωτονίου σε συγκεκριμένες συχνότητες και εκπέμπει ηλεκτρόνια σε ένα αποτέλεσμα που ονομάζεται φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα.

Οι επιδράσεις αυτών των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων ενισχύονται με τη χρήση της αρχής της δευτερογενούς εκπομπής.Τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από το φωτοκαθόριο επικεντρώνονται στην πρώτη από μια σειρά πλακών πολλαπλασιαστή ηλεκτρονίων που ονομάζονται dynodes.Σε κάθε dynode, τα εισερχόμενα ηλεκτρόνια προκαλούν εκπεμπόμενα πρόσθετα ηλεκτρόνια.Εμφανίζεται ένα αποτέλεσμα καταρράκτη και το συμβάν φωτόνιο έχει ενισχυθεί ή ανιχνευθεί.Ως εκ τούτου, η βάση για το όνομα φωτομουλογαλλιών, το πολύ μικρό σήμα ενός μόνο φωτονίου ενισχύεται στο σημείο όπου είναι εύκολα ανιχνεύσιμο από τη ροή του ρεύματος από τον σωλήνα φωτοπολλαπλασιαστή.Στοιχεία σχεδιασμού.Ο τύπος παραθύρου καθορίζει ποια φωτόνια μπορούν να περάσουν στη συσκευή.Το υλικό φωτοκαθόδου καθορίζει την απόκριση στο φωτόνιο.Άλλες παραλλαγές στο σχεδιασμό περιλαμβάνουν τα παράθυρα που έχουν τοποθετηθεί με σωλήνα ή παράθυρα, όπου η ροή φωτονίων αναπηδά από το φωτοκαθόπο.Καθώς το κέρδος ή η ενίσχυση περιορίζεται από τη διαδικασία δευτερεύουσας εκπομπής και δεν αυξάνεται με αυξημένη τάση επιτάχυνσης, αναπτύχθηκαν φωτοτυπητές πολλαπλών σταδίων.

Η απόκριση φωτοκαθώματος εξαρτάται από τη συχνότητα των φωτονίων προσπίπτοντος και όχι τον αριθμό των λαμβανόμενων φωτονίων.Εάν ο αριθμός των φωτονίων αυξάνεται, το ηλεκτρικό ρεύμα αυξάνεται, αλλά η συχνότητα των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων είναι σταθερή για οποιοδήποτε συνδυασμό παραθύρων-φωτοκοταώδους, αποτέλεσμα του Albert einstein που χρησιμοποιείται ως απόδειξη της σωματιδιακής φύσης του φωτός.

Το κέρδος ενός σωλήνα φωτοπολλαπλασιασμού κυμαίνεται έως και 100 εκατομμύρια φορές.Αυτή η ιδιότητα, μαζί με το χαμηλό θόρυβο ή το αδικαιολόγητο σήμα, καθιστά αυτούς τους σωλήνες κενού απαραίτητα για την ανίχνευση πολύ μικρού αριθμού φωτονίων.Αυτή η ικανότητα ανίχνευσης είναι χρήσιμη στην αστρονομία, τη νυχτερινή όραση, την ιατρική απεικόνιση και άλλες χρήσεις.Οι εκδόσεις ημιαγωγών χρησιμοποιούνται, αλλά ο φωτομολογαλλιπτικός σωλήνας κενού είναι καλύτερα προσαρμοσμένος για την ανίχνευση ελαφρών φωτονίων που δεν έχουν συγχωνευθεί, πράγμα που σημαίνει ότι οι ακτίνες φωτός δεν ταξιδεύουν παράλληλα μονοπάτια μεταξύ τους.

Οι φωτομουλτοποιητές αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά ως τηλεοπτικές κάμερες, οι οποίες επέτρεψαν στην τηλεοπτική εκπομπή να προχωρήσουν πέρα από τα πλάνα στούντιο με φωτεινά φώτα σε πιο φυσικές ρυθμίσεις ή επιτόπια αναφορά.Ενώ έχουν αντικατασταθεί με συσκευές συζευγμένες με φόρτιση (CCDs) σε αυτήν την εφαρμογή, οι σωλήνες φωτοπολλαπλασιασμού εξακολουθούν να καθορίζονται ευρέως.Μεγάλο μέρος των αναπτυξιακών εργασιών για τον σωλήνα φωτοπολλαπλασιαστή πραγματοποιήθηκε από την RCA στις εγκαταστάσεις στις Ηνωμένες Πολιτείες και την πρώην Σοβιετική Ένωση στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα.Τις αρχικές δεκαετίες του 21ου αιώνα, οι περισσότεροι από τους σωλήνες φωτομολουλών στον κόσμο κατασκευάζονται από ιαπωνική εταιρεία, Hamamatsu Photonics.