Лабораторная работа № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК

ФОТОЭЛЕКТРОННОГО УМНОЖИТЕЛЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение работы ФЭУ и определение его основных характеристик.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: Универсальный вольтметр В7-21А для измерения анодного тока ФЭУ, два светодиода, лабораторная установка, включающая в себя фотоумножитель ФЭУ-35, источник питания ФЭУ, источник тока для фотодиода.

Краткие сведения о ФЭУ

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) – многоэлектродный прибор, имеющий фотокатод (ФК), несколько динодов и анод (А) (см рис 1.). Принцип действия ФЭУ заключается в следующем. Световой поток (Ф) падает на фотокатод, с которого за счет фотоэлектронной эмиссии испускаются электроны. Эти электроны, ускоренные полем между ФК и первым динодом, попадают на первый динод, обладающий большим коэффициентом вторичной эмиссии   5  8. С поверхности первого динода выйдет в  раз большее число электронов, чем на него упадет. Затем эти электроны, ускоренные полем второго динода, выбивают из него вторичные электроны, которых будет уже в ² раз больше и т.д. К аноду А придет поток электронов, в ⁿ раз больший, чем было испущено катодом, где n – число динодов.

ФЭУ обладают малой инерционностью и могут работать на весьма высоких частотах. Их применяют для регистрации световых импульсов, следующих через наносекундные промежутки времени. ФЭУ обладают очень большой чувствительностью к слабым световым потокам. Поэтому их применяют в астрономии, фототелеграфии, телевидении, в сцинтилляционных счетчиках для регистрации вспышек, производимых быстрыми частицами и т.д. В полупроводниковой электронике пока нет приборов, полностью заменяющих ФЭУ.

Существуют два типа фотокатодов, используемых в ФЭУ: пленочные полупрозрачные катоды толщиной 20-30 нм, работающие на просвет, когда измеряемый световой поток попадает на одну сторону пленки, а фотоэлектроны эмитируются с другой, и массивные, непрозрачные катоды, у которых освещаемая сторона совпадает с эмитирующей.

Наиболее важными параметрами фотокатодов являются:

1. Квантовый выход, который определяется числом эмитированных фотоэлектронов, приходящихся на один фотон.

2. Спектральная чувствительность, которая определяется как отношение фототока эмиссии в амперах к монохроматическому длиной волны λ световому потоку, измеряемому в ваттах.

3. Спектральная характеристика - зависимость относительной спектральной чувствительности от длины волны,

Спектральная характеристика фотокатода (и всего ФЭУ) определяется типом фотокатода. Среди нескольких типов фотокатодов, чувствительных в видимой части спектра, наиболее распространен сурьмяно-цезиевый фотокатод. Для измерения в ближайшей инфракрасной области спектра наиболее распространен кислородно-серебряно-цезиевый фотокатод.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ФЭУ:

1. Спектральная характеристика фотокатода - она определяет диапазон длин волн, в котором можно применять данный ФЭУ.

2. Анодная чувствительность.

3. Световая чувствительность фотокатода.

4. Темновой ток.

5. Напряжение питания.

Световая чувствительность фотокатода определяется как отношение фототока катода I_фк к световому потоку Ф:

.

Анодная чувствительность ФЭУ связана с чувствительностью фотокатода соотношением

,

где I_фк – ток анода, М = ⁿ – коэффициент усиления (умножения) фототока.

Темновой ток определяется как ток ФЭУ, находящегося под напряжением в темноте.