Фотоумножитель
Современный компактный и надежный детектор и усилитель света реагирует на очень .слабые источники света и может при особых обстоятельствах регистрировать импульсы, состоящие из нескольких отдельных фотонов. Его действие основано на внешнем фотоэффекте и умножении появившихся фотоэлектронов. Свет падает па светочувствительную поверхность (обычно из цезия), и каждый поглощенный фотон выбивает один фотоэлектрон. Выбитый электрон ускоряется за счет разности потенциалов 100 в и попадает на металлическую пластинку. Ускоренный электрон при столкновении с металлом освобождает несколько вторичных электронов. Так происходит умножение электронов.
Схема фотоумножителя. Фотон ударяется о светочувствительное вещество Р и освобождает один фотоэлектрон. Последний ускоряется напряжением 100 в и падает на электрод А, из которого выбивается несколько электронов. Для простоты возьмем лишь трехкратное умножение. Далее электроны попадают на второй электрод В, напряжение на котором на 100 в выше, чем на А. Каждый электрон выбивает из этого электрода три новых, и общее число их доходит до 9. Следующий электрод С, напряжение на котором снова на 100 в выше, чем на В, даст 27 электронов и т. д.
Система электродов, расположенных по окружности, при компактном размещении занимает небольшой стеклянный цилиндр, содержащий 20 умножающих
элементов, и требует 1200 в. Электроды размещаются таким образом, что при каждом соударении происходит умножение до 10 раз. Это означает, что одинединственный попавший в прибор фотон может создать в конце цепи не меньше 1 000 000 000 000 электронов, а это уже неплохой ток. Помимо этого, так как процесс происходит в вакууме и благодаря компактному расположению длина пробега электронов невелика, вся последовательность усиления завершается меньше чем за 1/50 000000 сек. Это предельно малое время регистрации позволяет применять прибор при очень кратковременных эффектах или при очень быстрых колебаниях интенсивности света.
Фотоумножитель гораздо чувствительнее, чем самая чувствительная фотопластинка, и вдобавок его отсчеты хорошо воспроизводимы. Поскольку падающий свет непосредственно превращается в электрический ток, такие устройства можно с большим успехом использовать в телеметрических системах, в частности на ракетах, спутниках и т. п. Предел чувствительности фотоумножителей обусловлен так называемой термоионной эмиссией. Даже в полной темноте фотоэлектрическая поверхность испускает некоторое количество электронов, определяемое ее фактической температурой. Их количество невелико по сравнению с фотоэлектронами, но они существуют всегда —даже при комнатной температуре, составляющей около 300° С от абсолютного нуля. Эти электроны также умножаются и усиливаются, воздавая «темновой ток», иногда именуемый «шумом». Если фототок, порождаемый какимлибо слабым источником света, не превышает заметно темнового тока, то такой свет бесполезно пытаться зарегистрировать.
При комнатной температуре тепловой шум может быть сведен до уровня, эквивалентного току, создаваемому примерно 250 фотонами в секунду. Очевидно, это самый низкий уровень светового сигнала, поддающийся скольконибудь точной регистрации. Даже этот уровень фактически не достигается изза статистических флуктуации темнового тока. Стоит упомянуть, что уровень шумов для человеческого глаза приближается к 100 фотонам в секунду или чуть меньше. Отсюда следует, что если необходимо регистрировать предельно слабые источники, то при комнатных температурах глаз в три раза надежнее самого лучшего фотоумножителя.
Однако электронное устройство имеет то важное преимущество, что фотоумножитель можно сильно охладить. При температуре жидкого гелия (достать его нетрудно, а он обеспечивает температуру 269° С ниже точки замерзания воды) темновой ток значительно снижается. При этой температуре «шумовой» уровень столь низок, что фотоумножитель может воспринимать единичные фотоны.
Приемники света
Усилитель изображения
Архитектурное освещение