1 / 26

FOTONÁSOBIČE

FOTONÁSOBIČE. Fotonásobiče. slušná kvantová účinnost (zejména v UV a VIS) nízký šum rychlá odezva. Historie. 1887 – Hertz – objev vnějšího fotoefektu 1905 – Einstein – interpretace pomocí fotonů 1913 – Elster & Geitel – první fotonka 1929 – Koller & Campbell – Ag-O-Cs první fotokatoda

cedric
Download Presentation

FOTONÁSOBIČE

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. FOTONÁSOBIČE

  2. Fotonásobiče • slušná kvantová účinnost (zejména v UV a VIS) • nízký šum • rychlá odezva

  3. Historie • 1887 – Hertz – objev vnějšího fotoefektu • 1905 – Einstein – interpretace pomocí fotonů • 1913 – Elster & Geitel – první fotonka • 1929 – Koller & Campbell – Ag-O-Cs první fotokatoda • 1902 – Austin – sekundární emise elektronu • 1935 – Iams et al. - první kombinace fotokatody a jedné dynody • 1936 – Zworykin et al. - multidynodový fotonásobič • 1939 – Zworykin & Rajchman – fotonásobič s elektrostatickou fokusací elektronů

  4. Alkalická fotokatoda • Emax = hν – EG – EA • výstupní práce typicky > 2eV

  5. III-V polovodičová fotokatoda • vytvoření povrchu s negativní elektronovou afinitou • výstupní práce typicky > 1,4eV

  6. Uspořádání fotonásobičů • Reflexní – materiál fotokatody je nanesen na kovový substrát a elektrony se uvolňují proti dopadajícímu světlu (side-on)circular-cage

  7. Uspořádání fotonásobičů • Transmisní – fotokatoda je nanesena na skleněné desce a elektrony se uvolňují ve směru dopadajícího světla (head-on) box-and-grid linear-focused žaluzie

  8. Trajektorie elektronů • optimalizuje se pomocí numerické analýzy • zejména se optimalizuje sběrná účinnost první dynody (60-90%) • pro „rychlé“ fotonásobiče se provádí optimalizace také na čas průchodu • počet dynod – 1-19 • dynody mají zakřivený tvar a jsou vzájemné uspořádány tak, aby bránily zpětné vazbě iontů nebo světla

  9. Elektronový násobič (dynody) • zesílení na jedné dynodě: 10x-100x • materiály Xsb, BeO, MgO, GaP, GaAsP na substrátu z niklu, oceli nebo CuBe slitin

  10. Anoda • Optimalizována na co nejefektivnější sběr multiplikovaných elektronů • Většinou ve tvaru tyče, desky nebo sítě • Optimalizuje se zejména výše potenciálového rozdílu mezi poslední dynodou a anodou, aby se zabránilo tvorbě prostorového náboje

  11. Výběr fotonásobičů

  12. Zisk fotonásobiče • Kolekční účinnost efektivní plochy první dynody α (závisí na napětí ~100V) • Dynodový zisk δ = Uk (U je mezidynodové napětí a k=0,7-0,8) • Zisk fotonásobiče μ = α.δ1.δ2...δn = α.Ukn • Zisk citlivě závisí na napětí, je třeba dobrá stabilizace napěťového zdroje (<0,1%)

  13. Režimy činnosti (obvody)

  14. Materiály fotokatod • V současnosti asi 10 druhů, polovodičové směsi zejména z alkalických kovů (malá výstupní práce) • CsI (<200 nm), CsTe (<300 nm) – solar-blind • Sb-Cs – jen reflexní, pro velké proudy (malý odpor) • Bialkalické (Sb-Rb-Cs), (Sb-K-Cs) – vyšší citlivost a nižší šum • Vysokotpelotní bialkalické (Sb-Na-K) – až do 175˚C • Multialkalické (Sb-Na-K-Cs) – UV až 900 nm • Ag-O-Cs – 300-1200 nm ale menší citlivost ve viditelné oblasti • GaAs(Cs), GaAsP(Cs), InGaAs(Cs) – vysoká kvantová účinnost ve VIS • InP/InGaAsP(Cs), InP/InGaAs(Cs) – pomocí předpětí lze prodloužit citlivost až do 1700 nm, musí se chladit na -80˚C kvůli šumu

  15. Reflexní fotokatody

  16. Transmisní fotokatody

  17. IR fotokatody

  18. Materiály okének

  19. Časová odezva • dána zejména časem průchodu elektronů – nejlepší pro linear-focused a metal-channel (5-20 ns) • klesá s odmocninou napětí

  20. Linearita • Obecně u fotonásobičů v širokém rozsahu • Horní hranice linearity 0,01-10 μA • Lepší je u reflexních fotokatod (díky malému odporu substrátu) • Linearita se zlepšuje, když narůstá napětí s rostoucím dynodovým stupněm

  21. Temný šum (dark current) • únikový proud z dynod na anodu nebo na patici • termální emiseidark~T5/4e(-eW/KT) • scintilace, elektrony vytrhávané polem Náhodné šumy:ion-feedback (10-6-10-5 Pa), kosmické záření (Čerenkovovo záření z muonů), radioizotopy (40K ve skle, β)

  22. Temný šum vs. teplota

  23. Afterpulsing • Rychlé afterpulsy (jednotky až desítky ns)Zejména v důsledku elastických odrazů na první dynodě. Lze je sbírat speciální elektrodou, ale vzhledem k malému zpoždění zpravidla nejsou hrozbou. • Pomalé afterpulsy (stovky ns až μs)Zejména v důsledku iontové zpětné vazby (hlavně He ionty penetrující přes baňku), problém roste s rostoucím napětím.

  24. Poměr signál/šum (SNR) • SNR = Ip/ip+d = (Ip+d-Id)/ip+d • SNR = Ip / [2eB.δ/(δ-1).(Ip+2Id)+NA2]1/2

  25. Čítání fotonů

  26. Čítání fotonů • lepší stabilita (signál závisí jen slabě na stabilitě napětí) • lepší poměr signál/šumSNR = Ns/[2(Ns+2Nd)]1/2nezávisí na šumovém faktorunižší temný šum

More Related