Los tubos fotomultiplicadores ( fotomultiplicadores o PMT para abreviar) son detectores de luz extremadamente sensibles en los rangos ultravioleta , visible e infrarrojo cercano del espectro electromagnético . Son miembros de la clase de los tubos de vacío , más específicamente de los fototubos de vacío . Estos detectores multiplican la corriente producida por la luz incidente hasta 100 millones de veces o 10 8 (es decir, 160 dB ), [1] en múltiples etapas de dínodo , lo que permite (por ejemplo) detectar fotones individuales cuando el flujo de luz incidente es bajo.
La combinación de alta ganancia , bajo ruido , respuesta de alta frecuencia o, equivalentemente, respuesta ultrarrápida y una gran área de recolección ha mantenido a los fotomultiplicadores en un lugar esencial en la espectroscopia de bajo nivel de luz , la microscopía confocal , la espectroscopia Raman , la espectroscopia de fluorescencia , la espectroscopia nuclear y de partículas. física , astronomía , diagnóstico médico, incluidos análisis de sangre , imágenes médicas , escaneo de películas cinematográficas ( telecine ), interferencia de radar y escáneres de imágenes de alta gama conocidos como escáneres de tambor . Los elementos de la tecnología fotomultiplicadora, cuando se integran de manera diferente, son la base de los dispositivos de visión nocturna . Las investigaciones que analizan la dispersión de la luz , como el estudio de polímeros en solución, suelen utilizar un láser y un PMT para recopilar los datos de la luz dispersa.
Los dispositivos semiconductores , en particular los fotomultiplicadores de silicio y los fotodiodos de avalancha , son alternativas a los fotomultiplicadores clásicos; sin embargo, los fotomultiplicadores son especialmente adecuados para aplicaciones que requieren una detección de luz de alta sensibilidad y bajo nivel de ruido que está imperfectamente colimada .
Los fotomultiplicadores generalmente se construyen con una carcasa de vidrio al vacío (usando un sello de vidrio a metal extremadamente hermético y duradero como otros tubos de vacío ), que contiene un fotocátodo , varios dinodos y un ánodo . Los fotones incidentes golpean el material del fotocátodo , que suele ser una fina capa conductora depositada por vapor en el interior de la ventana de entrada del dispositivo. Los electrones son expulsados de la superficie como consecuencia del efecto fotoeléctrico . Estos electrones son dirigidos por el electrodo de enfoque hacia el multiplicador de electrones , donde los electrones se multiplican mediante el proceso de emisión secundaria .
El multiplicador de electrones consta de una serie de electrodos llamados dínodos . Cada dínodo se mantiene a un potencial más positivo, de ≈100 voltios, que el anterior. Un electrón primario sale del fotocátodo con la energía del fotón entrante, o aproximadamente 3 eV para los fotones "azules", menos la función de trabajo del fotocátodo. Un pequeño grupo de electrones primarios se crea con la llegada de un grupo de fotones iniciales. (En la Fig. 1, el número de electrones primarios en el grupo inicial es proporcional a la energía del rayo gamma de alta energía incidente). Los electrones primarios se mueven hacia el primer dínodo porque son acelerados por el campo eléctrico. Cada uno de ellos llega con una energía cinética de ≈100 eV impartida por la diferencia de potencial. Al chocar con el primer dínodo, se emiten más electrones de baja energía y estos electrones, a su vez, son acelerados hacia el segundo dínodo. La geometría de la cadena del dínodo es tal que se produce una cascada en la que se produce un número exponencialmente mayor de electrones en cada etapa. Por ejemplo, si en cada etapa se produce un promedio de 5 nuevos electrones por cada electrón entrante, y si hay 12 etapas de dínodo, entonces en la última etapa se espera para cada electrón primario alrededor de 5 12 ≈ 10 8 electrones. Esta última etapa se llama ánodo . Esta gran cantidad de electrones que llegan al ánodo da como resultado un pulso de corriente agudo que es fácilmente detectable, por ejemplo en un osciloscopio, que señala la llegada del fotón al fotocátodo ≈50 nanosegundos antes.
La distribución necesaria de voltaje a lo largo de la serie de dinodos se crea mediante una cadena divisora de voltaje, como se ilustra en la Fig. 2. En el ejemplo, el fotocátodo se mantiene a un alto voltaje negativo del orden de 1000 V, mientras que el ánodo está muy cerca de potencial de tierra. Los condensadores de los últimos dinodos actúan como depósitos locales de carga para ayudar a mantener el voltaje en los dinodos mientras las avalanchas de electrones se propagan a través del tubo. En la práctica se utilizan muchas variaciones de diseño; El diseño mostrado es meramente ilustrativo.
Hay dos orientaciones comunes de fotomultiplicadores, el diseño de frente o de extremo (modo de transmisión), como se muestra arriba, donde la luz entra por la parte superior plana y circular del tubo y pasa por el fotocátodo, y el diseño de lado (modo de reflexión). ), donde la luz entra por un punto particular en el costado del tubo e impacta sobre un fotocátodo opaco. La versión lateral se utiliza, por ejemplo, en el tipo 931, el primer PMT producido en serie. Además de los diferentes materiales del fotocátodo, el rendimiento también se ve afectado por la transmisión del material de la ventana por el que pasa la luz y por la disposición de los dinodos. Hay muchos modelos de fotomultiplicadores disponibles que tienen varias combinaciones de estas y otras variables de diseño. Los manuales de los fabricantes proporcionan la información necesaria para elegir un diseño apropiado para una aplicación particular.
La invención del fotomultiplicador se basa en dos logros anteriores: los descubrimientos separados del efecto fotoeléctrico y de la emisión secundaria .
La primera demostración del efecto fotoeléctrico la realizó en 1887 Heinrich Hertz utilizando luz ultravioleta. [2] Importante para aplicaciones prácticas, Elster y Geitel demostraron dos años más tarde el mismo efecto utilizando luz visible que incide sobre metales alcalinos (potasio y sodio). [3] La adición de cesio , otro metal alcalino , ha permitido ampliar la gama de longitudes de onda sensibles hacia longitudes de onda más largas en la porción roja del espectro visible.
Históricamente, el efecto fotoeléctrico está asociado con Albert Einstein , quien se basó en el fenómeno para establecer el principio fundamental de la mecánica cuántica en 1905, [4] un logro por el cual Einstein recibió el Premio Nobel en 1921 . Vale la pena señalar que Heinrich Hertz, trabajando 18 años antes, no había reconocido que la energía cinética de los electrones emitidos es proporcional a la frecuencia pero independiente de la intensidad óptica. Este hecho implicaba por primera vez una naturaleza discreta de la luz, es decir, la existencia de cuantos .
El fenómeno de la emisión secundaria (la capacidad de los electrones en un tubo de vacío de provocar la emisión de electrones adicionales al golpear un electrodo ) se limitó, en un principio, a fenómenos y dispositivos puramente electrónicos (que carecían de fotosensibilidad ). En 1899, Villard informó por primera vez del efecto. [5] En 1902, Austin y Starke informaron que las superficies metálicas impactadas por haces de electrones emitían una mayor cantidad de electrones que los incidentes. [6] La aplicación de la emisión secundaria recién descubierta a la amplificación de señales sólo fue propuesta después de la Primera Guerra Mundial por el científico de Westinghouse Joseph Slepian en una patente de 1919. [7]
Los ingredientes para inventar el fotomultiplicador se fueron reuniendo durante la década de 1920 a medida que se aceleraba el ritmo de la tecnología de los tubos de vacío. El objetivo principal para muchos, si no la mayoría, de los trabajadores era la necesidad de una tecnología práctica de cámara de televisión. La televisión se había desarrollado con prototipos primitivos durante décadas antes de la introducción en 1934 de la primera cámara de vídeo práctica (el iconoscopio ). Los primeros prototipos de cámaras de televisión carecían de sensibilidad. Se buscó la tecnología de fotomultiplicadores para permitir que los tubos de las cámaras de televisión, como el iconoscopio y (más tarde) el orticón , fueran lo suficientemente sensibles como para resultar prácticos. Así pues, estaba preparado el escenario para combinar el fenómeno dual de la fotoemisión (es decir, el efecto fotoeléctrico) con la emisión secundaria , ambos ya estudiados y comprendidos adecuadamente, para crear un fotomultiplicador práctico.
La primera demostración documentada de un fotomultiplicador data de los logros de principios de 1934 de un grupo RCA con sede en Harrison, Nueva Jersey. Harley Iams y Bernard Salzberg fueron los primeros en integrar un cátodo de efecto fotoeléctrico y una única etapa de amplificación de emisión secundaria en una única envoltura de vacío y los primeros en caracterizar su rendimiento como fotomultiplicador con ganancia de amplificación de electrones. Estos logros se finalizaron antes de junio de 1934, como se detalla en el manuscrito presentado a las Actas del Instituto de Ingenieros de Radio (Proc. IRE). [8] El dispositivo constaba de un fotocátodo semicilíndrico , un emisor secundario montado en el eje y una rejilla colectora que rodeaba el emisor secundario. El tubo tenía una ganancia de aproximadamente ocho y funcionaba a frecuencias muy por encima de los 10 kHz.
Se buscaron ganancias mayores que las disponibles con los primeros fotomultiplicadores de una sola etapa. Sin embargo, es un hecho empírico que el rendimiento de electrones secundarios está limitado en cualquier proceso de emisión secundaria, independientemente del voltaje de aceleración. Por tanto, cualquier fotomultiplicador de una sola etapa tiene una ganancia limitada. En ese momento, la ganancia máxima que se podía lograr en la primera etapa era aproximadamente 10 (desarrollos muy significativos en la década de 1960 permitieron alcanzar ganancias superiores a 25 utilizando dínodos de afinidad electrónica negativa ). Por este motivo, un objetivo importante eran los fotomultiplicadores de múltiples etapas, en los que la producción de fotoelectrones podía multiplicarse sucesivamente en varias etapas. El desafío consistía en hacer que los fotoelectrones incidieran sucesivamente en electrodos de mayor voltaje en lugar de viajar directamente al electrodo de mayor voltaje. Inicialmente, este desafío se superó mediante el uso de fuertes campos magnéticos para doblar las trayectorias de los electrones. Este esquema ya había sido concebido por el inventor J. Slepian en 1919 (ver arriba). En consecuencia, las principales organizaciones de investigación internacionales centraron su atención en mejorar los fotomultiplicadores para lograr una mayor ganancia con múltiples etapas.
En la URSS , Joseph Stalin introdujo a gran escala equipos de radio fabricados por RCA para construir redes de transmisión, y el recién formado Instituto de Investigación Científica para la Televisión de toda la Unión estaba preparando un programa de investigación en tubos de vacío que era avanzado para su época. y lugar. El personal científico de RCA realizó numerosas visitas a la URSS en la década de 1930, antes de la Guerra Fría , para instruir a los clientes soviéticos sobre las capacidades de los equipos de RCA e investigar las necesidades de los clientes. [9] Durante una de estas visitas, en septiembre de 1934, a Vladimir Zworykin de la RCA se le mostró el primer fotomultiplicador de dínodos múltiples, o multiplicador de fotoelectrones . Este dispositivo pionero fue propuesto por Leonid A. Kubetsky en 1930 [10] , que posteriormente construyó en 1934. El dispositivo logró ganancias de 1000x o más cuando se demostró en junio de 1934. El trabajo se presentó para publicación impresa sólo dos años después, en julio. 1936 [11] como se enfatiza en una publicación reciente de 2006 de la Academia Rusa de Ciencias (RAS), [12] que lo denomina "Tubo de Kubetsky". El dispositivo soviético utilizaba un campo magnético para confinar los electrones secundarios y se basaba en el fotocátodo Ag-O-Cs que había sido demostrado por General Electric en la década de 1920.
En octubre de 1935, Vladimir Zworykin , George Ashmun Morton y Louis Malter de RCA en Camden, Nueva Jersey, enviaron su manuscrito que describía el primer análisis teórico y experimental completo de un tubo de dínodo múltiple (el dispositivo más tarde llamado fotomultiplicador) a Proc . IRA. Los fotomultiplicadores prototipo RCA también utilizaron un fotocátodo Ag-O-Cs ( óxido de plata - cesio ). Mostraron una eficiencia cuántica máxima del 0,4% a 800 nm .
Mientras que estos primeros fotomultiplicadores utilizaban el principio del campo magnético, Jan Rajchman , de RCA Laboratories en Princeton, Nueva Jersey, a finales de la década de 1930 demostró los fotomultiplicadores electrostáticos (sin campo magnético) y se convirtieron en el estándar para todos los fotomultiplicadores comerciales futuros. El primer fotomultiplicador producido en masa, el Tipo 931, tenía este diseño y todavía se produce comercialmente en la actualidad. [14]
También en 1936, P. Görlich informó sobre un fotocátodo muy mejorado, el Cs 3 Sb ( cesio - antimonio ). [15] El fotocátodo de cesio-antimonio tenía una eficiencia cuántica dramáticamente mejorada del 12% a 400 nm, y se usó en los primeros fotomultiplicadores comercialmente exitosos fabricados por RCA (es decir, el tipo 931) como fotocátodo y como fotocátodo secundario. Material emisor para los dinodos . Diferentes fotocátodos proporcionaron diferentes respuestas espectrales.
A principios de la década de 1940, el JEDEC (Consejo Conjunto de Ingeniería de Dispositivos Electrónicos), un comité industrial de estandarización, desarrolló un sistema para designar respuestas espectrales. [16] La filosofía incluía la idea de que el usuario del producto sólo debe preocuparse por la respuesta del dispositivo en lugar de cómo se puede fabricar el dispositivo. A varias combinaciones de materiales de fotocátodo y ventana se les asignaron "números S" (números espectrales) que van desde S-1 hasta S-40, que todavía se utilizan en la actualidad. Por ejemplo, S-11 usa el fotocátodo de cesio-antimonio con una ventana de vidrio de cal, S-13 usa el mismo fotocátodo con una ventana de sílice fundida y S-25 usa un fotocátodo llamado "multiálcali" (Na-K-Sb -Cs, o sodio - potasio - antimonio - cesio ) que proporciona una respuesta extendida en la porción roja del espectro de luz visible. Aún no se ha informado de superficies fotoemisivas adecuadas para detectar longitudes de onda superiores a aproximadamente 1700 nanómetros, a las que se puede acceder mediante un fotocátodo especial (InP/InGaAs(Cs)). [17]
Durante décadas, RCA fue responsable de realizar el trabajo más importante en el desarrollo y perfeccionamiento de fotomultiplicadores. RCA también fue en gran parte responsable de la comercialización de fotomultiplicadores. La empresa compiló y publicó un Manual de fotomultiplicadores autorizado y ampliamente utilizado . [18] RCA proporcionó copias impresas gratuitas a pedido. El manual, que los sucesores de RCA siguen publicando en línea sin costo alguno, se considera una referencia esencial.
Tras una ruptura corporativa a finales de la década de 1980 que implicó la adquisición de RCA por parte de General Electric y la enajenación de las divisiones de RCA a numerosos terceros, el negocio de fotomultiplicadores de RCA se convirtió en una empresa independiente.
Las instalaciones de Lancaster, Pensilvania, fueron inauguradas por la Marina de los EE. UU. en 1942 y operadas por RCA para la fabricación de tubos de radio y microondas . Después de la Segunda Guerra Mundial , la instalación naval fue adquirida por RCA. RCA Lancaster, como se la conoció, fue la base para el desarrollo y la producción de productos de televisión comerciales . En los años siguientes se agregaron otros productos, como tubos de "rayos catódicos" , tubos fotomultiplicadores, interruptores de control de luz con sensores de movimiento y sistemas de circuito cerrado de televisión .
Burle Industries, como sucesora de RCA Corporation, llevó adelante el negocio de fotomultiplicadores RCA después de 1986, con sede en las instalaciones de Lancaster, Pensilvania. La adquisición de RCA por General Electric en 1986 resultó en la venta de la División de Nuevos Productos de RCA Lancaster. Así, 45 años después de ser fundada por la Marina de los EE. UU., su equipo directivo, liderado por Erich Burlefinger, compró la división y en 1987 fundó Burle Industries.
En 2005, después de dieciocho años como empresa independiente, Photonis, un holding europeo de Photonis Group, adquirió Burle Industries y una filial clave. Tras la adquisición, Photonis estaba compuesta por Photonis Países Bajos, Photonis Francia, Photonis EE.UU. y Burle Industries. Photonis USA opera el antiguo Grupo de Productos de Detectores Científicos de Galileo Corporation ( Sturbridge, Massachusetts ), que había sido comprado por Burle Industries en 1999. El grupo es conocido por los multiplicadores de electrones del detector de placas de microcanales (MCP), una versión integrada de fotomultiplicadores con microtubos de vacío. . Los MCP se utilizan para aplicaciones científicas y de imágenes, incluidos dispositivos de visión nocturna .
El 9 de marzo de 2009, Photonis anunció que cesaría toda producción de fotomultiplicadores en las plantas de Lancaster, Pensilvania y Brive, Francia. [19]
La empresa Hamamatsu Photonics (también conocida como Hamamatsu), con sede en Japón , se ha convertido desde la década de 1950 en líder de la industria de los fotomultiplicadores. Hamamatsu, siguiendo la tradición de RCA, ha publicado su propio manual, que está disponible de forma gratuita en el sitio web de la empresa. [20] Hamamatsu utiliza diferentes designaciones para formulaciones de fotocátodos particulares e introduce modificaciones a estas designaciones basadas en la investigación y el desarrollo patentados de Hamamatsu.
Los fotocátodos pueden estar fabricados de diversos materiales, con diferentes propiedades. Normalmente los materiales tienen una baja función de trabajo y, por lo tanto, son propensos a la emisión termoiónica , provocando ruido y corriente oscura, especialmente los materiales sensibles al infrarrojo; enfriar el fotocátodo reduce este ruido térmico. Los materiales de fotocátodo más comunes son [21] Ag-O-Cs (también llamados S1), en modo de transmisión, sensibles entre 300 y 1200 nm. Alta corriente oscura; utilizado principalmente en infrarrojo cercano, con el fotocátodo enfriado; GaAs:Cs, arseniuro de galio activado por cesio , respuesta plana de 300 a 850 nm, desvanecimiento hacia ultravioleta y hasta 930 nm; InGaAs:Cs, arseniuro de indio y galio activado con cesio , mayor sensibilidad infrarroja que GaAs:Cs, entre 900 y 1000 nm una relación señal-ruido mucho mayor que Ag-O-Cs; Sb-Cs, (también llamado S11) antimonio activado por cesio , utilizado para fotocátodos en modo reflectante; rango de respuesta desde ultravioleta hasta visible, ampliamente utilizado; biálcali (Sb-K-Cs, Sb-Rb-Cs), antimonio-rubidio activado por cesio o aleación de antimonio-potasio, similar al Sb:Cs, con mayor sensibilidad y menor ruido. se puede utilizar para el modo de transmisión; la respuesta favorable a los destellos de centelleo de NaI:Tl los hace ampliamente utilizados en espectroscopia gamma y detección de radiación; biálcali de alta temperatura (Na-K-Sb), puede funcionar hasta 175 °C, se utiliza en el registro de pozos , baja corriente oscura a temperatura ambiente; multiálcali (Na-K-Sb-Cs), (también llamado S20), amplia respuesta espectral desde ultravioleta hasta infrarrojo cercano, procesamiento de cátodo especial que puede extender el rango a 930 nm, utilizado en espectrofotómetros de banda ancha ; ciego al sol (Cs-Te, Cs-I), sensible al vacío-UV y ultravioleta, insensible a la luz visible y al infrarrojo (Cs-Te tiene un corte a 320 nm, Cs-I a 200 nm).
Las ventanas de los fotomultiplicadores actúan como filtros de longitud de onda; Esto puede ser irrelevante si las longitudes de onda de corte están fuera del rango de aplicación o fuera del rango de sensibilidad del fotocátodo, pero se debe tener especial cuidado con las longitudes de onda poco comunes. El vidrio de borosilicato se utiliza habitualmente para el infrarrojo cercano hasta unos 300 nm. Los vidrios de borosilicato con alto contenido de borato existen también en versiones de alta transmisión UV con alta transmisión también a 254 nm. [22] El vidrio con un contenido muy bajo de potasio se puede utilizar con fotocátodos biálcalis para reducir la radiación de fondo del isótopo de potasio-40 . El vidrio ultravioleta transmite luz visible y ultravioleta hasta 185 nm. Utilizado en espectroscopia. La sílice sintética transmite hasta 160 nm y absorbe menos rayos UV que la sílice fundida. Diferente expansión térmica que la de kovar (y que la del vidrio de borosilicato que tiene la misma expansión que la de kovar), se necesita un sello graduado entre la ventana y el resto del tubo. La junta es vulnerable a golpes mecánicos. El fluoruro de magnesio transmite luz ultravioleta hasta 115 nm. Higroscópico , aunque menos que otros haluros alcalinos, utilizables para ventanas UV.
Los tubos fotomultiplicadores suelen utilizar de 1000 a 2000 voltios para acelerar los electrones dentro de la cadena de dinodos. (Consulte la figura cerca de la parte superior del artículo). El voltaje más negativo está conectado al cátodo y el voltaje más positivo está conectado al ánodo. A menudo se prefieren los suministros negativos de alto voltaje (con el terminal positivo conectado a tierra), porque esta configuración permite medir la fotocorriente en el lado de bajo voltaje del circuito para su amplificación por circuitos electrónicos posteriores que operan a bajo voltaje. Sin embargo, con el fotocátodo a alto voltaje, las corrientes de fuga a veces dan como resultado pulsos de "corriente oscura" no deseados que pueden afectar el funcionamiento. Los voltajes se distribuyen a los dinodos mediante un divisor de voltaje resistivo , aunque son posibles variaciones como diseños activos (con transistores o diodos ). El diseño del divisor, que influye en la respuesta de frecuencia o el tiempo de subida , se puede seleccionar para adaptarse a diversas aplicaciones. Algunos instrumentos que utilizan fotomultiplicadores tienen disposiciones para variar el voltaje del ánodo para controlar la ganancia del sistema.
Mientras están encendidos (energizados), los fotomultiplicadores deben protegerse de la luz ambiental para evitar su destrucción por sobreexcitación. En algunas aplicaciones, esta protección se logra mecánicamente mediante enclavamientos eléctricos o obturadores que protegen el tubo cuando se abre el compartimiento del fotomultiplicador. Otra opción es agregar protección contra sobrecorriente en el circuito externo, de modo que cuando la corriente del ánodo medida exceda un límite seguro, se reduzca el alto voltaje.
Si se utilizan en un lugar con fuertes campos magnéticos , que pueden curvar las trayectorias de los electrones, alejar los electrones de los dinodos y causar pérdida de ganancia, los fotomultiplicadores suelen estar protegidos magnéticamente por una capa de hierro dulce o mu-metal . Este escudo magnético a menudo se mantiene al potencial catódico. Cuando este es el caso, el blindaje externo también debe estar aislado eléctricamente debido al alto voltaje que contiene. Los fotomultiplicadores con grandes distancias entre el fotocátodo y el primer dínodo son especialmente sensibles a los campos magnéticos. [21]
Los fotomultiplicadores fueron los primeros dispositivos oculares eléctricos y se utilizaron para medir las interrupciones en los haces de luz. Los fotomultiplicadores se utilizan junto con centelleadores para detectar radiación ionizante mediante instrumentos de protección radiológica fijos y portátiles, y radiación de partículas en experimentos de física. [23] Los fotomultiplicadores se utilizan en laboratorios de investigación para medir la intensidad y el espectro de materiales emisores de luz, como semiconductores compuestos y puntos cuánticos . Los fotomultiplicadores se utilizan como detectores en muchos espectrofotómetros . Esto permite un diseño de instrumento que escapa al límite de sensibilidad del ruido térmico y que, por lo tanto, puede aumentar sustancialmente el rango dinámico del instrumento.
Los fotomultiplicadores se utilizan en numerosos diseños de equipos médicos. Por ejemplo, los dispositivos de análisis de sangre utilizados por los laboratorios médicos clínicos, como los citómetros de flujo , utilizan fotomultiplicadores para determinar la concentración relativa de varios componentes en muestras de sangre, en combinación con filtros ópticos y lámparas incandescentes . En una cámara gamma se utiliza una serie de fotomultiplicadores . Los fotomultiplicadores se utilizan normalmente como detectores en escáneres de puntos voladores .
Después de 50 años, durante los cuales los componentes electrónicos de estado sólido han desplazado en gran medida al tubo de vacío, el fotomultiplicador sigue siendo un componente optoelectrónico único e importante. Quizás su cualidad más útil es que actúa, electrónicamente, como una fuente de corriente casi perfecta , debido al alto voltaje utilizado para extraer las pequeñas corrientes asociadas con las señales luminosas débiles. No hay ruido de Johnson asociado con las corrientes de señal del fotomultiplicador, incluso aunque estén muy amplificadas, por ejemplo, 100 mil veces (es decir, 100 dB) o más. La fotocorriente todavía contiene ruido de disparo .
Las fotocorrientes amplificadas por fotomultiplicador pueden amplificarse electrónicamente mediante un amplificador electrónico de alta impedancia de entrada (en la ruta de la señal posterior al fotomultiplicador), produciendo así voltajes apreciables incluso para flujos de fotones casi infinitamente pequeños. Los fotomultiplicadores ofrecen la mejor oportunidad posible para superar el ruido de Johnson en muchas configuraciones. Lo anterior se refiere a la medición de flujos de luz que, aunque pequeños, equivalen a un flujo continuo de múltiples fotones.
Para flujos de fotones más pequeños, el fotomultiplicador se puede operar en modo de conteo de fotones, o Geiger (ver también Diodo de avalancha de fotón único ). En el modo Geiger, la ganancia del fotomultiplicador se establece tan alta (usando alto voltaje) que un solo fotoelectrón resultante de un solo fotón incidente en la superficie primaria genera una corriente muy grande en el circuito de salida. Sin embargo, debido a la avalancha de corriente, es necesario reiniciar el fotomultiplicador. En cualquier caso, el fotomultiplicador puede detectar fotones individuales. El inconveniente, sin embargo, es que no se cuentan todos los fotones incidentes en la superficie primaria, ya sea porque la eficiencia del fotomultiplicador no es perfecta o porque un segundo fotón puede llegar al fotomultiplicador durante el " tiempo muerto " asociado con un primer fotón. fotón y nunca ser notado.
Un fotomultiplicador producirá una pequeña corriente incluso sin fotones incidentes; esto se llama corriente oscura . Las aplicaciones de conteo de fotones generalmente exigen fotomultiplicadores diseñados para minimizar la corriente oscura.
No obstante, la capacidad de detectar fotones individuales que chocan contra la superficie fotosensible primaria revela el principio de cuantificación que propuso Einstein . El recuento de fotones (como se le llama) revela que la luz, no sólo una onda, está formada por partículas discretas (es decir, fotones ).
Se sabe que a temperaturas criogénicas los fotomultiplicadores demuestran un aumento en la emisión (de explosión) de electrones a medida que baja la temperatura. Este fenómeno todavía no está explicado por ninguna teoría física . [24]
