Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
с динода в свою очередь ускоряются к аноду 3. Из-за того, что свойства поверхности динода несколько различны, выход вторичных электронов на один первичный электрон оказывается неодинаковым. Хотя в среднем коэффициент размножения, например, равен
Рис. 2.
д=3
д=5
0 7 2 3 4 5 6 7 8 О Г 2 3 4 5 6 7 8 9 О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ю !?
Рис. 3.
четырем, в течение значительной части времени он может быть равным трем или пяти. Удобно сделать предположение о том, что выход вторичных электронов следует распределению Пуассона, хотя на самом деле нет никаких оснований думать, что реальное распределение носит статистический характер. На рис, 3 показаны распределения Пуассона для среднего выхода вторичных электронов и=6, где 6=3, 4, 5. Р (п) обычно представляется в таком же виде, как в работе Р.3.2:
Р{п) = Ь»е~. (3)
210
Если коэффициент усиления 6=6, то заряд, собранный анодом на один зарегистрированный фотон, будет равен
д=Се=8е. (4)
Мы можем ожидать, что дисперсия заряда запишется в виде
(5)
Теперь, наряду с шумом из-за статистики фотонов на входе фотоумножителя, необходимо учитывать источник шума, связанный
с непостоянством выхода вторичных электронов. Для распределения Пуассона можно вычислить эту дополнительную компоненту шума
(Д02=1пгбе2. (6)
В практике часто используются многокаскадные фотоумножители, содержащие большое число дино-дов — 14 и более, с усилением в каждом каскаде. Коэффициент усиления всей системы при этом равен
О = 6й, (7)
Рис. 4. Устройство фотоумножителя типа 931 А: / — фотокатод, 2 — анод, 3 — экран, 4 — сетка, б — область наилучшего собирания электронов, 6 — баллон. ?>в— диноды.
где п — число каскадов. Если общее усиление велико, то шум, возникающий из-за флуктуации выхода вторичных электронов, представится в виде
(8)
Наконец, суммарный шум получается сложением выражений (5) и (8)
№У = ±гт^д\ (9)
Для наших измерений удобно использовать фотоумножитель типа 931А, структура электродов которого показана на рис. 4. Этот фотоумножитель имеет сурьмяно-цезиевый фотокатод с такой же характеристикой, как и в фотоэлементе 929 (кривая 1 рис. 3 Р.3.5). Девять динодов этого фотоумножителя также имеют сурьмя-но-цезиевое покрытие.
Схема питания фотоумножителя 931А представлена на рис. 5. Цепочка сопротивлений по 1 Моя, смонтированных на цоколе, служит делителем напряжения. Для питания фотоумножителя
320
можно воспользоваться катодным осциллографом. Напряжение между последним динодом и анодом следует подать от источника питания (с регулировкой напряжения), способного давать ток больший, чем источник писания осциллографа. В качестве упражнения вы можете раеечтитзиь тюки, текущие через отдельные сопро-№М№№яШ№^^тмт$т?№Ъ)19ч предположении, что катодный
ЮДЖрев 7i.ii усиление на каскад равно Ь. Вспомнитё;*что соггро-¦ишение^Ш^ж^Жш^й^ паваплельнсгтзХодЛ^тГ'е^рсосги пгетоито-расра. если е^е величина1 равна'хг^Яф; то яоетояннаягвремени'цепи
лампы. Поток свети, падающий ил фотокЯтод, следует ограничить щелью или ирисовой диафрагмой. Интенсивность света должна оытБ^достатотао тгизтши,- -чтоом аноднырг^тек ш превышай' П -ММ. В противном случае нагличка делителя напряжения будет клишйем большой, что приведет к Л1зменейию нотенаиалов на последних динодах. и ^мульта\гелкоэффйциент усиления уменьшится и фотоумножитель окажется в „нелинейном -режиме ' Измерив паденнепнапряжения сопротивлении 1 Мому включенном последовательно с анодом, найдите анодный ток
жение шумов
Вспоминая из Р.3.2. йто наблюдаемая -амплитуда шумов от минимума до максимума «оставляет вычислите Д<2- Наконец,
(12)
231
используя выражения (9) и (11), определите скорость счета г и средний коэффициент размножения б. Величина т вычислена по формуле (10). Чему равен коэффициент усиления фотоумножителя? Сколько фотонов детектируется за время т? Повторите ваши измерения при различных напряжениях на динодах. В каждом случае определите скорость счета г и средний коэффициент размножения б. Начертите зависимость б от величины напряжения между динодами.
Вспомните из Р.3.5, что фотовыход для катода с характеристикой 1 рис. 3 составляет 5 процентов в интервале длин волн, соответствующим зеленой линии ртути. Поэтому величина г, которую вы вычислили, составляет только 5 процентов от реального числа фотонов, попадающих на фотокатод за секунду. Следует ли ожидать, что это обстоятельство может привести к появлению дополнительного шума или наблюдаемый шум полностью объясняется приведенной теорией?
Какова амплитуда импульса напряжения на входе осциллографа от одного фотона? Какое дополнительное усиление потребовалось бы для наблюдения отдельных фотонов?
Работа 3.7. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ФОТОНОВ
Мы уже имели дело с поляризованными электромагнитными волнами в Р.2.11 и успешно описывали их с помощью электрических и магнитных полей Е (х, г, {) и В (х, у, г, /). В частности, плоские электромагнитные волны, распространяющиеся в направлении положительной оси г в среде с коэффициентом преломления я, имеют вид
Е=гв,(*—|-) + у?,(«—?-). (1)
8=^(2—г)+ 5* (*--?-)¦ <2>
