Was ist eine Fotomultiplikatorröhre?
Eine Fotomultiplikatorröhre verwendet zwei wissenschaftliche Prinzipien, um die Wirkung eines einzelnen einfallenden Photons zu verstärken. Sie werden in vielen verschiedenen Konfigurationen von lichtempfindlichen Materialien und einfallenden Lichtwinkeln hergestellt, um eine hohe Verstärkung und eine niedrige Rauschreaktion in ihrem Arbeitsbereich von ultravioletten, sichtbaren und nahezu Infrarotfrequenzen zu erzielen. Die ursprünglich als reaktionsfähigere Fernsehkamera entwickelt, befinden sich jetzt in vielen Anwendungen.
Mit der Erfindung von Halbleitern wurden Vakuumröhrchen mit Ausnahme des Photomultiplierrohrs weitgehend aus der Elektronikindustrie beseitigt. In diesem Gerät fließt ein einzelnes Photon durch eine Fenster oder eine Gesichtsplatte und wirkt sich auf einen Photokathoden, eine Elektrode aus einem photoelektrischen Material. Dieses Material absorbiert die Energie des Lichtphotons bei bestimmten Frequenzen und emittiert Elektronen in einem Ergebnis, das als photoelektrischer Effekt bezeichnet wird.
Die Auswirkungen dieser emittierten Elektronen werden unter Verwendung des Prinzips von Sec verstärktOndary Emission. Die aus dem Photokathode emittierten Elektronen konzentrieren sich auf die erste einer Reihe von Elektronenmultiplikatorplatten, die als Dynodes bezeichnet werden. Bei jedem Dynode führen die eingehenden Elektronen dazu, dass zusätzliche Elektronen emittiert werden. Ein Kaskadeneffekt tritt auf, und das einfallende Photon wurde verstärkt oder erkannt. Daher wird die Grundlage für den Namen "PhotoLultiplier", das sehr kleine Signal eines einzelnen Photons, bis zu dem Punkt gestärkt, an dem es durch den Stromfluss aus dem Mikultiplikatorröhrchen leicht nachweisbar ist.
spektrale Reaktionen des Photomultiplikatorrohrs sind hauptsächlich auf zwei Konstruktionselemente zurückzuführen. Der Fenstertyp bestimmt, welche Photonen in das Gerät übergeben können. Das Photokathodenmaterial bestimmt die Reaktion auf das Photon. Weitere Variationen des Designs sind röhrendend montierte Fenster oder Seitenfenster, bei denen der Photonstrom vom Photokathode abprallt wird. Wie der Gewinn oder die Verstärkung istNach dem sekundären Emissionsprozess begrenzt und mit erhöhter Beschleunigungsspannung nicht zunimmt, wurden mehrere Stufe Fotomultimultiplierer entwickelt.
Die Photokathodenantwort hängt von der einfallenden Photonenfrequenz ab und nicht von der Anzahl der empfangenen Photonen. Wenn die Anzahl der Photonen zunimmt, nimmt der elektrische Strom zu, aber die Frequenz der emittierten Elektronen ist für jede Fenster-Photocathode-Kombination konstant, was Albert Einstein als Beweis für die Partikel Natur des Lichts verwendete.
Der Gewinn eines Fotomultiplikatorröhrchens reicht bis zu 100 Millionen Mal. Diese Eigenschaft macht zusammen mit dem niedrigen Rauschen oder ungerechtfertigten Signal diese Vakuumröhrchen unverzichtbar, um eine sehr geringe Anzahl von Photonen zu erfassen. Diese Erkennungsfähigkeit ist nützlich für Astronomie, Nachtsicht, medizinische Bildgebung und andere Anwendungen. Semiconductor-Versionen werden verwendet, aber der Vakuumrohr-Fotomultiplikator ist besser geeignet, um nicht kollimierte leichte Photonen zu erkennen, was bedeutet, dass das Licht r istAYS reisen keine parallele Wege miteinander.
Photomultiplierer wurden erstmals als Fernsehkameras entwickelt, wodurch das Fernsehen über die Studio-Aufnahmen hinaus mit hellen Lichtern zu natürlicheren Einstellungen oder Berichten vor Ort übergeht. Während sie in dieser Anwendung durch Ladungsgeräte (CCDs) ersetzt wurden, sind Photomultiplikator-Röhrchen immer noch weit verbreitet. Ein Großteil der Entwicklungsarbeiten an der Fotomultiplikator -Röhre wurde von RCA in Einrichtungen in den Vereinigten Staaten und der ehemaligen Sowjetunion in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts durchgeführt. In den ersten Jahrzehnten des 21. Jahrhunderts werden die meisten Fotomultiplikatorröhren der Welt von einem japanischen Unternehmen, Hamamatsu Photonics, hergestellt.