Ống nhân quang biến ánh sáng rất yếu thành tín hiệu điện lớn hơn ra sao?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
Ống nhân quang, hay PMT, đổi photon thành electron rồi dùng nhiều tầng điện cực để nhân số electron trong tín hiệu. Vì có độ khuếch đại nội lớn, nó có thể giúp đọc những chớp sáng quá yếu để mắt quan sát trực tiếp.
Bắt đầu bằng quang cathode
Ánh sáng đi qua cửa sổ và tới lớp nhạy sáng. Một photon được hấp thụ có thể làm electron thoát khỏi lớp ấy. Khả năng tạo tín hiệu phụ thuộc bước sóng và vật liệu; không phải mọi photon tới cửa sổ đều cho một electron được thu thành công.
Electron thoát ra được điện trường đưa tới điện cực tiếp theo. Bên trong là môi trường chân không để electron đi qua chuỗi điện cực theo thiết kế, khác sự dẫn điện trong một dây kim loại liên tục.
Chuỗi dynode nhân tín hiệu
Khi electron đã được tăng tốc đập vào dynode, nó có thể làm bật nhiều electron thứ cấp. Những electron này tiếp tục được tăng tốc tới tầng sau. Qua nhiều tầng, một sự kiện khởi đầu nhỏ có thể tạo một gói điện tích lớn hơn tại anode.
Có thể hình dung một chuỗi trạm, mỗi trạm làm tăng số người đưa tin. Nhưng trong thiết bị thật, số electron từng lần có dao động; tín hiệu không phải bản sao hoàn hảo không nhiễu.
Năng lượng tăng thêm đến từ đâu?
Nguồn điện áp cấp cho các điện cực cung cấp năng lượng để tăng tốc electron. PMT không tạo năng lượng từ hư không và cũng không nhân photon đầu vào thành một chùm sáng mạnh hơn; nó nhân tín hiệu điện.
Dòng tối có thể tồn tại ngay khi không có ánh sáng cần đo. Ánh sáng quá mạnh có thể đưa hệ ra khỏi miền đáp ứng tuyến tính hoặc làm quá tải. Khả năng đo ánh sáng yếu vì vậy cần xét cả nhiễu, độ lợi và giới hạn vận hành.
Hiểu lầm: mọi xung ở đầu ra chắc chắn tương ứng một photon từ mẫu. Nhiễu và các quá trình nền cũng có thể tạo tín hiệu.
Ghi nhớ: photon khởi phát, dynode nhân electron, nguồn điện cấp năng lượng, mạch đọc biến gói điện tích thành dữ liệu.
Đọc thêm
- Cảm biến CCD biến ánh sáng thành một bức ảnh điện tử ra sao?
- Đầu dò nhấp nháy dùng ánh sáng để nhận biết bức xạ như thế nào?