Тематични статии за фотониката
Принципът и особеностите на действие на фотоумножителите
Фотоумножителната тръба (ФЕУ) е електровакуумно устройство, в което електронният поток, излъчен от фотокатод под действието на оптично лъчение, се усилва в умножителната система в резултат на вторична емисия на електрони.
Фотоумножителните тръби могат да генерират сигнал дори при липса на светлина, т.к има тъмен ток поради топлинна емисия на електрони от фотокатода, изтичане на ток между динодите, както и произволно излъчване. Електрическият шум се нарича още тъмен ток и обикновено се включва в стойността на тъмния ток. Фотоумножителните тръби не съхраняват заряд и реагират на промените във входящата светлина в рамките на няколко наносекунди. Поради това PMT могат да се използват за откриване и запис на много кратки събития. Характерна особеност на фотоумножителите, използвани за научни цели, е високото съотношение сигнал/шум при умножаване на повече от един милион вторични електрони. Това се дължи на факта, че тъмният шум може да бъде значително намален чрез охлаждане на фотоумножителната тръба.
Съществуват редица ефекти, които изкривяват пряко пропорционалната връзка между падащия върху фотокатода на фотоумножителната тръба светлинен поток и фототока или броя на регистрираните импулси на аноден ток. На първо място, това е тъмен ток или тъмен сигнал, който се открива на изхода на PMT, дори ако устройството е в пълна тъмнина. Има няколко източника на такъв сигнал.
Друг важен ефект, който изкривява вече линейната връзка между радиационния поток и изходния сигнал на PMT, е нелинейността. Нелинейността е присъща като методизмерване на тока и метода за броене на фотони, въпреки че причините за това са различни. За първия метод основният е ефектът на пространствения заряд, който изкривява електрическото поле между динодите. При висока осветеност броят на електроните, разположени едновременно между последните диноди, е толкова голям, че тяхното електрическо поле предотвратява нормалното ускорение на следващите електрони. Следователно коефициентът на умножение на PMT намалява.
ФЕУ се използват най-широко в ядрената физика като елемент на сцинтилационен брояч. Броячът се състои от сцинтилатор - вещество, което свети при поглъщане на йонизиращо лъчение, PMT, който преобразува сцинтилаторните светкавици в къси електрически импулси и записващо устройство, което измерва броя на импулсите за единица време или тяхната амплитуда. Броят на светкавиците в сцинтилатора е пропорционален на броя на абсорбираните частици, а интензитетът на светкавиците е пропорционален на енергията на частиците.