3.3.3.  Фотоэлектронные умножители

Фототок электронных фотоэлементов очень мал, и практически необходимо его значительное усиление. В фотоэлектронных умножи­телях (ФЭУ), разработанных впервые в 1930 г. Л. А. Кубецким, для этого используется вторичная эмиссия. Рассмотрим принцип действия ФЭУ (рис. 3.6).

Элек­троны, выходящие из фотокатода 1 под действием света, фокусируются специальной диафрагмой 2 и направляются на обла­дающий значительным коэффи­циентом вторичной эмиссии () электрод 3, называемый динодом. Выбитые из динода 3 вторичные электроны направляются на следующий динод 4, имею­щий более высокий потенциал, и также выбивают из него вторич­ные электроны в еще большем количестве и т.д.

Диноды имеют форму полуцилиндров. Конфигура­ция электрического поля при этом такова, что электронный луч почти полностью перехо­дит от одного динода к дру­гому и все более концентри­руется.

Подпись:  

Рис. 3.7. Конструкция ФЭУ и его принцип действия: 1 – фотокатод; 2 – фокусирующий элект¬род; 3  –  13 – диноды; 14 – анод
На последних ступе­нях умножения под влиянием поля объемного заряда элек­тронный луч начинает расхо­диться, но коэффициент пере­дачи тока остается еще доста­точно большим. С последнего динода электроны поступают на анод. Число ступеней умножения обычно равно 8 – 12, но может доходить до 20. Напряжение питания зависит от числа ступеней умножения и лежит в пределах 750 – 2000 В.

Каждая из ступеней умножения фототока дает уси­ление в  раз, а общее усиление при n ступенях равно:

.

Например, при  = 10 и n = 10 должно обеспечиваться общее усиле­ние порядка 1010.

Практически такой огромный коэффициент усиления не удается получить из-за трудностей создания хорошей фокусировки луча, поз­воляющей направить весь поток электронов с одного динода на другой. Обозначив коэффициент передачи тока динода  и полагая его значение одинаковым для всех ступеней умножения, найдем общий коэффи­циент усиления:

.

Например, при  и n = 10 коэффициент усиления получается меньше, чем в идеальном случае, в 210 раз, т.е. в 1024 раза. Обычно коэффициент передачи тока () имеет значение от 0,4 до 0,9.

Существенные трудности имеются также в получении высокого и стабильного коэффициента вторичной эмиссии. Поэтому реально до­стигаемое усиление лежит в пределах от нескольких сотен тысяч до 10 млн.

Для получения эффективной фокусировки электронного луча, обеспечивающей высокий коэффициент передачи тока, применяют как магнитное, так и электростатическое поле. Практически наибольшее распространение получила электростатическая фокусировка, не тре­бующая тяжелой магнитной системы.

Интегральная чувствительность фотоэлектронного умножителя () равна произведению интегральной чувствительности фотокатода () на коэффициент усиления умножителя ():

.

Интегральная чувствительность фотокатода имеет такое же значение, как в электронных фотоэлементах (20 – 100 мкА/лм), и при коэф­фициенте усиления  интегральная чувствительность прибора доходит до 100 А/лм. Выходной ток при этом может достигать 10 мА. С повышением напряжения питания коэффициент усиления и интег­ральная чувствительность возрастают вследствие увеличения коэффи­циента вторичной эмиссии динодов.

Фотоэлектронные умножители применяют для регистрации слабых световых потоков. Минимальное значение регистрируемого потока излучения ограничивается дробовым эффектом фотокатода (флуктуа­циями фотоэмиссии) и флуктуациями темнового тока, обусловленно­го