Тел/Факс (+375 17) 214-54-90   Тел. (+375 17) 345-96-34
Надежность, проверенная временем


Фотоэлектронные умножители

13 июля 2009

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) используется для обнаружения очень слабых сигналов. ФЭУ – это фотоэмиссионное устройство, которое производит электронную эмиссию за счет поглощения фотонов. Принцип действия этих детекторов заключается в умножении электронов, выпущенных фотокатодом под действием потока фотонов.

 

Фотоэлектронный умножитель

 

Рисунок 1.  Фотоэлектронный умножитель.

 

ФЭУ получает свет через стеклянное или кварцевое окно, покрытое фоточувствительной поверхностью – фотокатодом, который испускает электроны, а они в свою очередь умножаются в специальных электродах (известных как диноды). В конце динодной цепочки находится анод или собирательный электрод. Как правило, ток, идущий через анод пропорционален фототоку, генерируемому фотокатодом.

 

Такие характеристики фотоэлектронного умножителя как спектральная чувствительность, квантовая эффективность, чувствительность, темновой ток, определяются структурой фотокатода. Лучшие фотокатоды, работающие в видимой области света, имеют квантовую эффективность менее 30%. Это означает, что 70% фотонов, попадающих на фотокатод, не производят фотоэлектронов, т.е. не детектируются. Толщина фотокатода является важным параметром, за которым необходимо следить, что бы отклик от поглощенных фотонов был корректным. Если фотокатод будет толстым, то больше фотонов поглотится при меньшем количестве эмитированных электронов, а если фотокатод будет очень тонким, то слишком много фотонов пролетит сквозь него без поглощения. В этой статье показан фотоэлектронный умножитель с непрозрачным и достаточно толстым фотокатодом. Фотоэлектроны извлекаются из передней части фотокатода и направляются к динодам.

 

Электроны, эмитированные из фотокатода, ускоряются, проходя динодную цепочку, которая может состоять из 14 элементов. Часто используются фокусирующие электроды, которые направляют все фотоэлектроны, эмитированные из фотокатода, на первый динод. Когда фотоэлектрон ударяется в первый динод, он провоцирует эмиссию дополнительного электрона, и они ускоряются к следующему диноду, и т.д. Структура и геометрия поверхности динодов определяют, могут ли они использоваться в фотоэлектронном умножителе. Поскольку преумножение зависит от напряжения между динодами и общим количеством динодов, то электронное умножение в 10 миллионов (рисунок 2) может быть достигнуто, если используется 12-14 динодных уровней.

 

 

 

Электронное умножение в зависимости от количества динодных уровней

Рисунок 2.Электронное умножение в зависимости от количества динодных уровней .

 

Фотоэлектронные умножители могут производить сигнал даже в отсутствии света, т.к. существуют темновой ток, возникающий из-за термальной эмиссии электронов из фотокатода, утечка тока между динодами, а также случайные излучения. Электрический шум также относится к темновому току и обычно включается в значение темнового тока.

 

Канальный фотоэлектронный умножитель представляет собой конструкцию, в которую входит детектор с полупрозрачным фотокатодом, расположенным на внутренней стороне входного окна. Фотоэлектроны, испущенные от фотокатода, входят в узкий и изогнутый полупроводниковый канал, который выполняет такую же функцию, как и динодная цепь. При каждом столкновении электрона с внутренней стенкой канала эмитируется несколько вторичных электронов. Траектории этих извлеченных электронов направлены на следующий изгиб канала (симулируя динодную цепь), который в свою очередь эмитирует большее количество электронов, направленных на следующий изгиб. Повторяя этот процесс, достигается лавинный эффект, умножение в котором достигает 100 миллионов. Преимуществами такой технологии являются малый темновой ток и увеличенный динамический диапазон.

 

Конфокальные микроскопы, спектрофотометры и многие последние камеры используют фото-умножители для измерения интенсивности света. Спектральная чувствительность фотоэлектронных умножителей зависит от химического состава фотокатода: самые лучшие модели содержат элементы GaAs (арсенид галлия), которые чувствительны в диапазоне от 300 до 800 нм. Фотокатоды ФЭУ не всегда одинаково чувствительны и часто фотоны растягиваются по всему входному окну, вместо сконцентрированного пучка. Фотоэлектронные умножители не хранят заряда и отвечают на изменения входящих световых потоков в течении нескольких наносекунд. Благодаря этому, ФЭУ могут быть использованы для обнаружения и записи очень кратковременных событий. Характерной особенностью фотоэлектронных умножителей, используемых в научных целях, является высокое отношение сигнал-шум при умножении более одного миллиона. Это связано с тем, что темновой шум ничтожно мал (может достигаться благодаря охлаждению).

 

Статья взята из интернет-ресурса http://learn.hamamatsu.com/articles/photomultipliers.html


Поиск электронных компонентов Поиск электронных компонентов Каталог фирм производителей и поставщиков микроэлектроники Каталог+поисковая система Каталог TUT.BY RATING ALL.BY НПП "ПАРК-ЦЕНТР"
Многоканальные измерительные системы
поиск электронных компонентов, новости электроники