Hvad er et fotomultiplikatorrør?
Et fotomultiplikatorrør bruger to videnskabelige principper til at forstærke effekten af en enkelt hændelsesfoton. De er lavet i mange forskellige konfigurationer af lysfølsomme materialer og indfaldende lysvinkler for at opnå en høj forstærkning og en lav støjrespons i deres arbejdsområde af ultraviolette, synlige og næsten infrarøde frekvenser. Oprindeligt udviklet som et mere lydhør tv-kamera, findes nu fotomultiplikatorrør i mange applikationer.
Med opfindelsen af halvledere er vakuumrør i vid udstrækning blevet fjernet fra elektronikindustrien med undtagelse af fotomultiplikatorrøret. I denne enhed passerer en enkelt foton gennem et vindue eller en frontplade og påvirker en fotokatode, en elektrode lavet af et fotoelektrisk materiale. Dette materiale absorberer lysfotonens energi ved specifikke frekvenser og udsender elektroner i et resultat kaldet den fotoelektriske effekt.
Effekten af disse udsendte elektroner forstærkes ved anvendelse af princippet om sekundær emission. Elektronerne, der udsendes fra fotokatoden, er fokuseret på den første af en serie af elektronmultiplikatorplader kaldet dynoder. Ved hver dynode forårsager de indkommende elektroner yderligere elektroner. En kaskadeeffekt forekommer, og den hændende foton er blevet forstærket eller opdaget. Derfor styrkes grundlaget for navnet "fotomultiplikator" det meget lille signal på en enkelt foton til det punkt, hvor det let kan påvises ved strømmen af strøm fra fotomultiplikatorrøret.
Spektrale responser fra fotomultiplikatorrøret skyldes primært to designelementer. Vindustypen bestemmer, hvilke fotoner der kan passere ind i enheden. Fotokatodematerialet bestemmer responsen på fotonen. Andre variationer i designet inkluderer vinduer på rørenden eller sidevinduer, hvor fotonstrømmen springes fra fotokatoden. Da forstærkningen eller amplificeringen er begrænset af den sekundære emissionsproces og ikke forøges med øget accelerationsspænding, blev der udviklet flere-trins fotomultiplikatorer.
Fotokatodesvaret afhænger af den hændende fotonfrekvens, ikke antallet af modtagne fotoner. Hvis antallet af fotoner stiger, øges den dannede elektriske strøm, men hyppigheden af de udsendte elektroner er konstant for enhver kombination af vindue-fotokatode, et resultat, som Albert Einstein anvendte som bevis på lysets partikelkarakter.
Gevinsten ved et fotomultiplikatorrør spænder op til 100 millioner gange. Denne egenskab sammen med den lave støj eller det uberettigede signal gør disse vakuumrør uundværlige til at detektere meget lille antal fotoner. Denne detekteringsevne er nyttig i astronomi, nattsyn, medicinsk billeddannelse og anden anvendelse. Halvlederversioner er i brug, men vakuumrørets fotomultiplikator er bedre egnet til påvisning af lysfotoner, der ikke er kollimeret, hvilket betyder, at lysstrålene ikke kører parallelle stier med hinanden.
Fotomultiplikatorer blev først udviklet som tv-kameraer, som gjorde det muligt for tv-transmissioner at bevæge sig ud over studiobilleder med skinnende lys til mere naturlige indstillinger eller rapportering på stedet. Mens de er blevet erstattet med ladningskoblede enheder (CCD'er) i denne applikation, er fotomultiplikatorrør stadig bredt specificeret. Meget af udviklingsarbejdet på fotomultiplikatorrøret blev udført af RCA i faciliteter i USA og det tidligere Sovjetunionen i sidste halvdel af det 20. århundrede. I de første årtier af det 21. århundrede er de fleste af verdens fotomultiplikatorrør fremstillet af et japansk firma, Hamamatsu Photonics.