Co je to fotonásobič?
Fotonásobičová trubice používá dva vědecké principy k zesílení účinku jediného dopadajícího fotonu. Jsou vyráběny v mnoha různých konfiguracích materiálů citlivých na světlo a úhly dopadajícího světla, aby dosáhly vysokého zisku a nízké odezvy šumu ve svém pracovním rozsahu ultrafialových, viditelných a blízkých infračervených frekvencí. Fotomultiplierové trubice, původně vyvinuté jako citlivější televizní kamera, se nyní nacházejí v mnoha aplikacích.
U vynálezu polovodičů byly vakuové trubice z elektronického průmyslu z velké části vyloučeny, s výjimkou fotonásobičové trubice. V tomto zařízení prochází jediný foton oknem nebo čelní deskou a dopadá na fotokatodu, elektrodu vyrobenou z fotoelektrického materiálu. Tento materiál absorbuje energii světelného fotonu při specifických frekvencích a emituje elektrony ve výsledku zvaném fotoelektrický efekt.
Účinky těchto emitovaných elektronů jsou zesíleny použitím principu sekundární emise. Elektrony emitované z fotokatody jsou zaměřeny na první z řady elektronových multiplikátorových destiček zvaných dynody. V každém dynodu způsobují přicházející elektrony další elektrony. Kaskádový efekt nastane a dopadající foton byl amplifikován nebo detekován. Proto je základem pro název „fotonásobič“ velmi malý signál jediného fotonu zesílen do bodu, kde je snadno detekovatelný proudem z fotonásobičové trubice.
Spektrální odezvy fotonásobiče jsou způsobeny především dvěma konstrukčními prvky. Typ okna určuje, jaké fotony mohou do zařízení projít. Materiál fotokatody určuje odpověď na foton. Další variace v designu zahrnují okna namontovaná na trubici nebo boční okna, kde je proud fotonu odrazen od fotokatody. Protože zisk nebo zesílení je omezeno procesem sekundární emise a nezvyšuje se zvýšeným zrychlovacím napětím, byly vyvinuty vícestupňové fotonásobiče.
Reakce fotokatody závisí na frekvenci dopadajícího fotonu, nikoli na počtu přijatých fotonů. Pokud se počet fotonů zvyšuje, generovaný elektrický proud se zvyšuje, ale frekvence emitovaných elektronů je konstantní pro jakoukoli kombinaci okna a fotokatody, což je výsledek, který Albert Einstein použil jako důkaz částicové povahy světla.
Zisk fotonásobiče je až 100 milionůkrát vyšší. Tato vlastnost, spolu s nízkým šumem nebo neoprávněným signálem, činí tyto vakuové trubice nezbytnými pro detekci velmi malého počtu fotonů. Tato detekční schopnost je užitečná v astronomii, nočním vidění, lékařském zobrazování a dalších využití. Používají se polovodičové verze, ale fotonásobič vakuové trubice je vhodnější pro detekci světelných fotonů, které nejsou kolimovány, což znamená, že paprsky světla se nepohybují paralelními cestami navzájem.
Photomultipliers byly nejprve vyvinuty jako televizní kamery, které umožnily televiznímu vysílání pohybovat se mimo studiové záběry s jasnými světly k přirozenějšímu nastavení nebo hlášení na místě. I když byly v této aplikaci nahrazeny zařízeními vázanými na náboj (CCD), fotonásobiče jsou stále široce specifikovány. Velká část vývojových prací na fotonásobičové trubici byla prováděna RCA v zařízeních ve Spojených státech a bývalém Sovětském svazu ve druhé polovině 20. století. V prvních desetiletích 21. století vyrábí většina světových fotonásobičových trubek japonská firma Hamamatsu Photonics.