Vad är ett fotomultiplikatorrör?

Ett fotomultiplierrör använder två vetenskapliga principer för att förstärka effekten av en enda incidentfoton.De är gjorda i många olika konfigurationer av ljuskänsliga material och infallande ljusvinklar för att uppnå en hög förstärkning och ett lågt brusrespons i deras arbetsområde av ultravioletta, synliga och nästan infraröda frekvenser.Ursprungligen utvecklats som en mer lyhörd tv -kamera, finns fotomultiplikatorrör nu i många applikationer.

Med uppfinningen av halvledare har vakuumrör till stor del eliminerats från elektronikindustrin, med undantag för fotomultiplierröret.I den här enheten passerar en enda foton genom ett fönster eller ansiktsplatta och påverkar en fotokatod, en elektrod tillverkad av ett fotoelektriskt material.Detta material absorberar energi från ljusfotonet vid specifika frekvenser och avger elektroner i ett resultat som kallas fotoelektriska effekten.

Effekterna av dessa utsända elektroner förstärks genom användning av principen om sekundär emission.Elektronerna som släpps ut från fotokatoden fokuseras på den första av en serie elektronmultiplikatorplattor som kallas dynoder.Vid varje dynod orsakar de inkommande elektronerna ytterligare elektroner.En kaskadeffekt inträffar och den incidentfoton har förstärkts eller detekterats.Designelement.Fönstertypen bestämmer vilka fotoner som kan passera in i enheten.Fotokatodmaterialet bestämmer svaret på fotonen.Andra variationer på designen inkluderar rörändmonterade fönster eller sidofönster där fotonströmmen hoppas av fotokatoden.Eftersom förstärkningen eller amplifieringen begränsas av den sekundära utsläppsprocessen och inte ökar med ökad accelerationsspänning, utvecklades flera stegs fotomultipliers.

Fotokatodresponsen beror på den incidentiga fotonfrekvensen, inte antalet mottagna fotoner.Om antalet fotoner ökar ökar den elektriska strömmen, men frekvensen för de utsända elektronerna är konstant för alla fönsterfotokatodkombinationer, ett resultat som Albert Einstein använde som bevis på ljusets partikel.

Förstärkningen av ett fotomultiplierrör varierar upp till 100 miljoner gånger.Den här egenskapen, tillsammans med det låga bruset eller oberättigade signal, gör dessa vakuumrör nödvändiga för att upptäcka mycket litet antal fotoner.Denna detekteringsförmåga är användbar i astronomi, nattvision, medicinsk avbildning och andra användningsområden.Halvledarversioner används, men vakuumrörets fotomultiplier är bättre lämpad för detektion av ljusfotoner som inte är kollimerade, vilket innebär att ljusstrålarna inte reser parallella vägar med varandra.

Fotomultiplikatorer utvecklades först som tv-kameror, vilket gjorde det möjligt för tv-sändningar att gå utöver studiobilder med starka ljus till mer naturliga inställningar eller rapportering på plats.Medan de har ersatts med laddningskopplade enheter (CCD) i den applikationen, är fotomultiplikatorrör fortfarande allmänt specificerade.Mycket av utvecklingsarbetet på Photomultiplier -röret utfördes av RCA i anläggningar i USA och före detta Sovjetunionen under senare hälften av 1900 -talet.Under öppningens årtionden tillverkas de flesta av världens fotomultiplikatorrör av ett japanskt företag, Hamamatsu Photonics.