3. Устройство и принцип действия фотоэлектронных умножителей

Принципиальная схема многокаскадного фотоумножителя приведена на рис. 7.4. В трубке помещено несколько электродов К₁-К₆. Потенциал каждого электрода выше, чем предыдущего. Первый электрод К₁является фотокатодом. При освещении его светом из него выходят электроны и ускоряются в направлении эмиттера К₂с большим коэффициентом вторичной эмиссии. Вторичные электроны с К₂направляются на К₃, выбивают ещё большее количество вторичных электронов и т.д.

Последний электрод К₆ является анодом. Если каждый электрон, падая на какой-либо вторичный эмиттер, выбивает из него σ вторичных электронов, то, очевидно, что

т.е. коэффициент усиления фототока в таком приборе равен σ'', где n - число ступеней умножителя.

Рис.7.5. Фотоумножители с корытообразными электродами (а) и сквозного действия (б)

Рис.7.6. Зависимость коэффициента усиления и интегральной чувствительности от напряжения питания фотоумножителя

Главной задачей в электронных умножителях является необходимость с наименьшими потерями направлять электроны с каждого эмиттера на следующий и, наконец, на анод. Для этой цели может быть использовано магнитное или электрическое поле. Современные фотоумножители имеют электростатическую фокусировку электронных потоков, для чего вторичным эмиттерам придаётся сложная форма, как показано на рис.7.5. Но и в этом случае не удаётся добиться полного перехода электронов, испускаемых данным эмиттером, на следующий. Поэтому реальный коэффициент усиления электронного умножителя меньше, чем σ".

Коэффициент усиления тока современных электронных умножителей достигает 10⁶-10⁷. Большой коэффициент усиления приводит к неустойчивой работе умножителя из-за возможной оптической и ионной обратной связи. Электроны, попадающие на эмиттеры или стенки баллона, могут привести к испусканию квантов света, которые вызывают фотоэмиссию с катода, усиливаемую умножителем. Кроме того, электроны ионизуют атомы остаточного газа. Положительные ионы будут двигаться по таким же траекториям, как и электроны, но в обратном направлении. Попадая на эмиттеры или катод, они также приведут к появлению вторичных электронов, ток которых также усиливается умножителем. При заметной обратной связи с фотоумножителем работать нельзя.

4. Характеристика и параметры фотоумножителей

Параметры фотоумножителей в основном те же, что и фотоэлементов. Интегральная чувствительность фотоумножителя равна произведению чувствительности фотокатода на

коэффициент усиления умножителя и достигает 100А/лм. Коэффициент усиления и интегральная чувствительность зависят от напряжения питания фотоумножителя. Такая зависимость для фотоумножителей с электростатической фокусировкой приведена на рис.7.6.

Важным параметром фотоумножителя является максимальный анодный ток, который в лучших случаях не превышает нескольких миллиампер. Превышение этого тока недопустимо, так как может привести к разрушению ближайших к аноду эмиттеров. Поэтому световой поток на входе фотоумножителя должен быть ограничен. Максимальный световой поток, измеряемый фотоумножителями, обычно не превышает 10^-4-10^-5лм.

Пороговая чувствительность фотоумножителя определяется его темновым током. Основной вклад в темновой ток фотоумножителя вносит термоэлектронная эмиссия с фотокатода и первых эмиттеров. Поэтому для повышения пороговой чувствительности фотоумножители охлаждают до низких температур.

Спектральные характеристики фотоумножителей определяются спектральной характеристикой фотокатода. Световые характеристики фотоумножителей линейны в диапазоне, в котором не превышается максимальный анодный ток и рабочая точка находится в области насыщения анодной характеристики. Анодная характеристика – зависимость анодного тока от разности потенциалов между анодом и последним вторичным эмиттером. Электроны, вышедшие с последнего эмиттера, полностью собираются анодом при напряжении, равном нескольким десяткам вольт.