Тематичні статті з фотоніки
Принцип та особливості роботи фотоелектронних помножувачів
Фотоелектронний помножувач (ФЕУ) являє собою електровакуумний прилад, в якому потік електронів, що емітується фотокатодом під дією оптичного випромінювання, посилюється в системі помноження в результаті вторинної електронної емісії.
Фотоелектронні помножувачі можуть робити сигнал навіть без світла, т.к. існують темновий струм, що виникає через термальну емісію електронів з фотокатода, витік струму між динодами, а також випадкові випромінювання. Електричний шум також відноситься до темнового струму і зазвичай включається значення темнового струму. Фотоелектронні помножувачі не зберігають заряду і відповідають зміни вхідних світлових потоків протягом кількох наносекунд. Завдяки цьому ФЕУ можуть бути використані для виявлення і запису дуже короткочасних подій. Характерною особливістю фотоелектронних помножувачів, що використовуються в наукових цілях є високе відношення сигнал-шум при множенні більше одного мільйона вторинних електронів. Це пов'язано з тим, що темновий шум може бути значно знижений завдяки охолодженню фотоелектронного помножувача.
Існує ряд ефектів, що спотворюють прямо пропорційну залежність між світловим потоком, що падає на фотокатод фотоелектронного помножувача, і фотострумом чи числом зареєстрованих анодних імпульсів струму. Перш за все це темновий струм або темновий сигнал, який виявляється на виході ФЕУ, навіть якщо прилад знаходиться в повній темряві. Джерел для виникнення такого сигналу кілька.
Іншим важливим ефектом, що спотворює вже лінійну залежність між потоком випромінювання та вихідним сигналом ФЕУ, є нелінійність. Нелінійність властива як методувимірювання струму, і методу рахунки фотонів, хоча її причини різні. Для першого методу основним є ефект просторового заряду, що спотворює електричне поле між динодами. При великій освітленості кількість електронів, що знаходяться одночасно, між останніми динодами така велика, що їхнє електричне поле перешкоджає нормальному прискоренню наступних електронів. Отже коефіцієнт множення ФЕУ зменшується.
Найбільш широке застосування ФЕУ знайшли у ядерній фізиці як елемент сцинтиляційного лічильника. Лічильник складається з сцинтилятора - речовини, що висвічує при поглинанні іонізуючого випромінювання, ФЕУ, що перетворює спалахи сцинтилятора в короткі електричні імпульси, і реєструючого пристрою, що вимірює кількість імпульсів в одиницю часу або їх амплітуду. Число спалахів у сцинтиляторі пропорційне кількості поглинених частинок, а інтенсивність спалахів - енергії частинок.