Фотоэлектронный умножитель

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) представляет собой электровакуумный прибор, в котором электронный фотоэлемент дополнен устройством для усиления фототока за счет вторичной электронной эмиссии.

Принцип устройства и работы ФЭУ

Принцип работы ФЭУ иллюстрирован на рисунке. Световой поток Ф вызывает электронную эмиссию из фотокатода ФК. Фотоэлектроны под действием ускоряющего электрического поля направляются на электрод Д₁ называемый динодом. Он является анодом по отношению к фотокатоду и одновременно играет роль вторично-электронного эмиттера. Динод делается из металла с достаточно сильной и устойчивой вторичной электронной эмиссией. Поэтому первичные электроны (ток I_ф), идущие с фотокатода, выбивают из динода Д₁ вторичные электроны, число которых в σ раз больше числа первичных электронов (σ — коэффициент вторичной эмиссии динода Д₁ обычно равный нескольким единицам). Таким образом, ток вторичных электронов с первого динода I₁ = σI_ф. Ток I₁ направляется на второй динод Д₂, имеющий более высокий положительный потенциал. Тогда от динода Д₂ за счет вторичной эмиссии начинается ток электронов I₂, который в σ раз больше тока I₁(для упрощения будем считать, что у всех динодов коэффициент вторичной эмиссии один и тот же), т. е. I₂ = σI₁ = σ²I_ф. В свою очередь, ток I₂ направляется на третий динод Д₃, у которого положительный потенциал еще выше, и от этого динода течет ток электронов I ₃ = σI₂ = σ³I_ф, и т. д.

С последнего, n-го, динода Д_n электронный ток I_n направляется на анод А, и тогда ток анода 1_а =I_n = σⁿI_ф. Таким образом, коэффициент усиления тока k_i = σⁿ. Например, если σ = 10 и п = 8, то k_i =10⁸. Практически усиление меньше, так как не удается все вторичные электроны, выбитые из данного динода, направить на следующий динод. Чтобы большее число вторичных электронов было использовано, разработаны ФЭУ с различной формой и различным взаимным расположением электродов. Для фокусировки потока вторичных электронов применяют, как правило, электрическое поле, поскольку фокусировка магнитным полем требует громоздких магнитных систем.

Простейший однокаскадный ФЭУ имеет фотокатод, динод и анод. У многокаскадных ФЭУ может быть коэффициент усиления тока до нескольких миллионов, а интегральная чувствительность достигает десятков ампер на люмен. Как правило, ФЭУ работают при малых анодных токах и малых световых потоках. Ток анода обычно бывает не более десятков миллиампер, а световые потоки на входе могут быть 10^-3 лм и менее.

Поскольку на каждом следующем диноде напряжение выше, чем на предыдущем, то анодное напряжение должно быть высоким (1—2 кВ), что является недостатком ФЭУ.

Дата добавления: 2015-07-15