фотоэлектронный умножитель

ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ (ФЭУ) - фотоэлектронный прибор, в к-ром фототок усиливается с помощью вторичной электронной эмиссии; предназначен для регистрации слабых излучений. Состоит из фотокатода ,эмитирующего поток электронов под действием оптич. излучения (фототок), э л е к т р о н н о-о п т и ч е с к о й с и ст е м ы в х о д а (входной камеры), создающей электрич. поле, фокусирующее или собирающее электроны с фотокатода на вход умножит. системы, д и н о д н о й у м н о ж и-т е л ь н о й с и с т е м ы, обеспечивающей умножение электронов в результате вторичной электронной эмиссии, и анода - коллектора вторичных электронов (рис. 1). ФЭУ впервые предложен и разработан Л. А. Кубецким в 1930-1934.

Рис. 1. Схемы фотоэлектронных умножителей с линейными дискретными динодными системами: а-с корытообразными динодами; б-с жалюзийными динодами; Ф - световой поток; К - фотокатод; В - фокусирующие электроды входной камеры; Э - диноды; А - анод. Штрихпунктирными линиями изображены траектории электронов.

В ФЭУ используются те же фотокатоды, что и в фотоэлементах с внеш. фотоэффектом. Обычно их выполняют из полупроводниковых материалов на основе соединений типов A^IB^V и A^IIIB^V(Cs₃Sb, GaAs и др.). Наиб. распространены ФЭУ с полупрозрачным фотокатодом, нанесённым на внутр. торцевую поверхность стеклянного баллона.

Кроме электростатич. фокусировки иногда применяются магн. фокусировка и фокусировка в скрещённых электрич. и магн. полях.

Основные параметры ФЭУ: с в е т о в а я а н о д н а я ч у в с т в и т е л ь н о с т ь (отношение анодного фототока к вызывающему его световому потоку при номинальных потенциалах электродов) составляет 1 -10⁴ А/лм; с п е к тр а л ь н а я ч у в с т в и т е л ь н о с т ь находится обычно в диапазоне 105-1200 нм (чувствительность в УФ-области спектра определяется характеристиками входного окна ФЭУ, в ближней ИК-области - красной границей фотоэффекта); коэф. усиления лежит, как правило, в пределах 10³-10⁸; т е м н о в о й т о к (ток в анодной цепи в отсутствие светового потока) не превышает 10^-9-10^-10 А.

Наиб. широко используются ФЭУ, в к-рых усиление электронного потока осуществляется при помощи системы д и с к р е т н ы х д и н о д о в - электродов корытообразной, коробчатой, тороидальной или жалюзийной формы с линейным либо (реже) круговым расположением, обладающих коэф. вторичной эмиссии s>1 . Усиленный во много раз (от 10 до 10⁸) фототок, снимаемый с анода, получается в таких ФЭУ в результате умножения электронов последовательно на каждом из отд. динодов. Питание ФЭУ подаётся через делитель напряжений, распределяющий напряжение между электродами. Существуют также умножит. системы, представляющие собой н е п р е р ы в н ы й динод - канал (относительно длинная трубка, прямая или изогнутая, либо близко расположенные пластины), к концам к-рого приложено напряжение (обычно 1-3 кВ), На внутр. поверхности канала создан активный слой (s>1), обладающий распределённым электрич. сопротивлением. Перемещение вторичных электронов происходил под действием аксиального электрич. поля (рис. 2). Коэф усиления в прямом канале достигает 10⁴-10⁵, в изогнутом (дуги, спирали и т. п.) -10⁶-10⁹. В быстродействующих и координато-чувствительных ФЭУ применяют многоканальные умножительные системы в виде одной или нескольких т. н. микроканальных пластин - стеклянных пластин толщиной 0,4-1 мм, пронизанных множеством (10⁵-10⁶) параллельных каналов диаметром 5-50 мкм и обеспечивающих коэф. усиления 10⁴-10⁸. В координато-чувствительных ФЭУ аноды выполнены в виде полос, квадрантов и др. Для изготовления дискретных динодов обычно используют сурьмяно-щелочные слои, нанесённые на металлич. подложку, а также сплавы на основе Сu и Аl (напр., Сu - Be, Сu - Al - Mg) и полупроводниковые соединения элементов III и V групп периодич. системы, проактивированные спец. образом с целью получения больших ст. Каналы непрерывных динодов изготовляют, как правило, из стекла с высоким содержанием Рb.

Рис. 2. Одноканальный электронный умножитель; d-диаметр канала; l-длина канала; стрелки - траектории электронов.

ФЭУ широко используются для регистрации слабых излучений (вплоть до уровня одиночных квантов), т. к. обладают большим усилением при низком уровне собств. шумов, а также для изучения кратковрем. процессов. Наиб. применение ФЭУ получили в ядерной физике в качестве элементов сцинтилляц. счётчика. Кроме того, ФЭУ применяются в оптич. аппаратуре, устройствах телевиз. и лазерной техники и др. Умножительные системы с анодами (без фотокатодов) используются для непосредственной регистрации в вакууме низкоэнергетических частиц, вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгеновского излучения- т. н. вторично-электронные умножители с открытым входом.

Лит.: Берковский А. Г., Гаванин В. А., Зайдель И. Н., Вакуумные фотоэлектронные приборы, 2 изд., М., 1988; Одноэлект-ронные фотоприемники, 2 изд., М., 1986; Айнбунд М. Р., Поленов Б. В., Вторично-электронные умножители открытого типа и их применение, М., 1981; Дунаевская Н. В., Урвалов В. А., Дунаевский В. Л., Фотоэлектронные умножители - от трубки Ку-бецкого до наших дней, "Электронная техника", 1985, сер. 4, в. 6, с. 15. М. Р. Айнбунд, Н. В. Дунаевская.

   <<      Предметный указатель      >>