Hva er en fotomultiplikatorrør?

March 29  by Eliza

Et fotomultiplikatorrør bruker to vitenskapelige prinsipper for å forsterke effekten av en enkelt innfallende foton. De er laget i mange forskjellige konfigurasjoner av lysfølsomme materialer og innfallende lys vinkler for å oppnå en høy forsterkning og lav støy-reaksjon i arbeidsområdet av ultrafiolett, synlig og nær-infrarøde frekvenser. Opprinnelig utviklet som en mer responsiv TV-kamera, fotomultiplikatorrør nå finnes i mange applikasjoner.

Med oppfinnelsen av halvledere, er vakuumrørene er i stor grad eliminert fra elektronikkindustrien, med unntak av fotomultiplikatorrøret. I denne anordningen passerer en enkelt foton gjennom et vindu eller frontplate og påvirker en fotokatode, en elektrode fremstilt av et fotoelektrisk materiale. Dette materialet absorberer energien av fotonet lys ved spesifikke frekvenser og avgir elektroner i følge kalt den fotoelektriske effekt.

Effektene av disse utsendte elektroner blir forsterket ved bruk av prinsippet av sekundær emisjon. De elektroner som utsendes fra fotokatode er fokusert på den første av en serie av elektron multiplikator plater kalles dynodes. Ved hver dynode, de innkommende elektroner forårsaker ytterligere elektroner som skal avgis. En kaskade effekt oppstår, og hendelsen foton har blitt forsterket eller oppdaget. Dermed er grunnlaget for navnet "fotomultiplikatoren," svært lite signal fra et enkelt foton forsterket til et punkt der det er lett påvisbar ved strømmen fra fotomultiplikatorrøret.

Spektralresponser av fotomultiplikatorrøret skyldes i hovedsak to designelementer. Den type vindu avgjør hva fotoner kan passere inn i anordningen. Den fotokatode materiale bestemmer respons til fotonet. Andre varianter på design inkluderer tube-end monterte vinduer eller sidevinduene hvor fotonet strømmen prellet av photocathode. Ettersom forsterkningen er begrenset av den sekundære emisjonsprosessen og ikke øker med økende akselerasjon spenning, ble flertrinns fotomultiplikatorer utviklet.

Den fotokatode responsen er avhengig av den innfallende foton frekvens, ikke antallet av fotoner som mottas. Hvis antallet av fotoner øker, den elektriske strøm som genereres øker, men frekvensen av de utsendte elektroner er konstant for en hvilken som helst vindus fotokatode kombinasjon, et resultat som Albert Einstein anvendt som bevis for partikkelformen av lys.

Forsterkningen av et fotomultiplikatorrør områder opp til 100 millioner ganger. Denne eiendommen, sammen med lav støy eller uberettiget signal, gjør disse vakuumrør uunnværlig i å oppdage svært små antall fotoner. Denne gjenkjenningsmuligheter er nyttig i astronomi, nattsyn, medisinsk bildebehandling og andre bruksområder. Halvleder-versjoner er i bruk, men vakuumrøret fotomultiplikatoren er bedre egnet for deteksjon av lys fotoner som ikke er kollimert, noe som betyr at lysstrålene ikke reiser parallelle baner med hverandre.

Fotomultiplikatorer ble først utviklet som fjernsynskameraer, som gjorde TV-sendinger til å gå utover studio skudd med kraftig lys til mer naturlige omgivelser eller på stedet rapportering. Mens de har blitt erstattet med charge-coupled enheter (CCD) i det programmet, er fotomultiplikatorrør fortsatt mye spesifisert. Mye av utviklingsarbeidet på fotomultiplikatorrør ble utført av RCA i anlegg i USA og det tidligere Sovjetunionen i siste halvdel av det 20. århundre. I åpnings tiårene av det 21. århundre, er de fleste av de worldâ € ™ s fotomultiplikatorrør produsert av en japansk firma, Hamamatsu Photonics.