Пороговые потоки измерительных фотозлементов с малыми темповыми токами достигают 1СГ - лм.

Контрольные вопросы и задания

1. Опишите основные конструкции вакуумных фотоэлементов в зависимости от их назначения.

2. Объясните ход вольт-амперных характеристик фотоэлементов

3. Какие факторы ограничивают предел линейности световой характеристики фотоэлементов?

4. Как выбрать сопроттление нагрузки фотоэлемента, чтобы фото-ток был пропорционален падающему на фотокатод потоку?

5. Что такое утомление и старение фотоэлементов?

6. Какие существуют методы уменьшения темнового тока фотоэлементов? Покажите схему включения фотоэлемента с охранным кольцом.

7. Какой режим работы фотоэлемента назьшается оптимальным при регистрации предельно малых потоков? Приведите выражение для порогового потока.

8. Почему наилучшую пороговую чувствительность фотоэлемента удается реализовать только при низкой частоте модуляции потока?

Глава четырнадцатая ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ УМНОЖИТЕЛИ

14.1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ФОТОЭЛЕКТРОННОГО УМНОЖИТЕЛЯ

Фотоэлектронные умножители (ФЭУ) - это электровакуумные приборы, в которых ток фотоэлектронной эмиссии усилтается посредством вторичной электронной эмиссии.

При измерении очень слабых потоков излучения выходной сигнал фотоэлементов приходится усиливать. Пороговый поток фотоприемного устройства с фотоэлементом, как бьшо показано в § 13.2, во многом зависит от оптимального согласования фотоэлемента с входной цепью усилительного устройства, что часто связано со значительными трудностями. Такие важные параметры фотоприемного устройства, как широкополосность и порог чувствительности, в значительной мере определяются параметрами усилителя. Поэтому на практике очень редко удается реализовать предельные возможности электровакуумного фотоэлемента.

Существенными преимуществами при измерении слабых сигналов обладают ФЭУ, в которых фотоэлемент сочетается с встроенным в общий баллон усилителем фототока. Для усиления тока используются эмиттеры вторичных электроноЬ - диноды. Усилитель тока, построен-

\i r\j nv re

Рис. 14.1. Устройство и схема вютючения ФЭУ

ный на динодах, назьшают вторично-электронным умножителем. Он состоит из ряда последовательно расположенных динодов, каждый иэ которых имеет потенциал более высокий, чем предыдущий. Напряжение между любыми динодами должно быть достаточным для того, чтобы коэффициент вторичной эмиссии а был больше единицы. Вторично-электронный умножитель можно использовать в приборах с любым источником первичных электронов, но наиболее широкое распространение он получил в ФЭУ.

Схематическое изображение ФЭУ приведено на рис. 14.1. Основными элементами конс7рукции ФЭУ являются катодная камера, умножитель-ная система (вторично-электронный умножитель), анод и баллон. Катодная камера включает в себя фотокатод 1 и электронночэптическую систему 2, обеспечивающую сбор электронов со всей поверхности фотокатода на первый динод 3 умножительной системы. Электронный поток, количество электронов в котором увеличивается по мере движения от дшода к диноду, пройдя умножительную систему, поступает на анод 4, представляющий собой металлическую пластину, штырь или мелкоструктурную сетку. Баллон ФЭУ - это, как правило, стеклянный цилиндр, с одной стороны которого находится оптическое окно, а с другой - многоштырьковая ножка. Приваренные к электродам ФЭУ вводы могут иметь гибкие или жесткие наружные части. На боковую поверхность баллона ФЭУ иногда наносят светонепроницаемое покрытие, защищающее фотокатод и диноды от внеплшх засветок. Напряжение на электроды ФЭУ подается через делитель, встроенный или внешний, входящий в блок питания ФЭУ.

Поток излучения, падающий на фотокатод, частично поглощается и вызьшает фотоэлектронную эмиссию. Эмиттируемые электроны ускоряются и фокусируются в катодной камере на первый динод. Часть электронов не попадает на поверхность динода из-за несовершенства электронночэптической системы катодной камеры. Эффективность сбора фотоэлектронов 7 на первый динод представляет собой отношение количества электронов, достигающих первого динода, к числу электронов, эмиттированных фотокатодом. При пролетах меж-

ду динодами часть электронов также рассеивается. Отношение числа электронов, эмиттированных с динода и участвующих в процессе дальнейшего умножения, к полному числу электронов, вылетевших, с динода, назьшается эффективностью каскада усиления 7. Поверхность первого динода с коэффициентом вторичной эмиссии Oi бомбардируют в единицу времени 7к"к электронов, поверхность второго динода с коэффициентом вторичной эмиссии Oj - 7"кУ101 электронов. На третий диноц попадают 7к"кУ10172 02 электронов и т. д. Количество электронов, достигающих анода ФЭУ, равно произведению

«а=«к7к П О,-Л- i = 1

где т- число динодов; а. - коэффициент вторичной эмиссии г-го динода; у. - эффективность / -го каскада усиления.

Произведение 7. а. называется коэффициентом усиления каскада. Принимая во внимание, что анодный ток =ещ, ток фотокатода = = еик. а у современных ФЭУ 7, 1, получаем выражение для коэффициента усиления ФЭУ

M = lail= n ay.

Если предположить, что коэффициенты усиления всех каскадов одинаковы, т. е. Qi = Ог =... = а, 7i = 72 ~ • • • = 7> получим

М = (7а)".

Умножительная система современных ФЭУ включает в себя от 7 до 14 динодов, имеющих коэффициент вторичной эмиссии от 3 до 8. Эффективность сбора каскада усиления ФЭУ лежит в пределах 0,7-0,95. Коэффициент усиления ФЭУ в зависимости от их назначения может быть от 10 до 10*. Среднее значение выходного (анодного) тока ФЭУ, как правило, не превышает нескольких миллиампер. Для того чтобы ток динодов, протекая через сопротивления делителя, не приводил к заметному изменению напряжения между каскадами, сопротивления резисторов в делителе не должны быть очень большими. Поэтому на практике задаются током делителя, в 10-100 раз превышающим ток последнего динода.

14.2. ЭФФЕКТИВНЫЕ ЭМИТТЕРЫ ВТОРИЧНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ

Эффективными эмиттерами вторичных электронов являются материалы, обладающие высоким коэффициентом вторичной эмиссии при сравнительно небольших энергиях первичных электронов. От материа-