光電子増倍管について教えて下さい。

質問

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E9%9B%BB%E5%AD%90%E5%A2%97%E5%80%8D%E7%AE%A1

・光電子増倍管は光を最終的に電流として取り出すものですが、とするとフォトダイオードと同じくI/Vアンプで電圧として取り出す必要があるのでしょうか？

・これは「二次電子は隣り合うダイノード間の電位差により加速されながら電子増倍部を通過する間に次々と増倍され、最終的には数十万倍から一千万倍以上になって陽極に到達し、信号電流として外部に取り出される。例えば、二次電子放出比が5のダイノードが10個ある場合、総合的なゲインは5の10乗（約1000万）に達する。」
というふうに書かれていますが、このゲインがゆらぐことはないのでしょうか？
http://www.biwa.ne.jp/~tak-n/phys/pmt_struct.gif

こういう図を見るといつもなんか入ってくる光の数と検出される電子の数は完全に線形に比例しないのではないかと思うのですが、どうなのでしょうか？

よろしくお願い致します。

回答No.1

sanori · ベストアンサー

こんにちは。

光電子増倍管は、光子の数をカウントする装置です。
高電圧がかかっており、光電効果で生じた１個の光子は、その高電圧で加速され、
どっかに衝突します。
どっかに衝突すると、そこで二次電子がたたき出され、
二次電子がさらに、次の二次電子を叩き出し、
雪崩的にたくさんの二次電子が発生します。
つまり、
１個の電子だと、計測できる大きさの信号にならないので、
１個の光電子を瞬時に多数の電子の動きに変換しているということです。

したがって、

＞＞＞光電子増倍管は光を最終的に電流として取り出すものですが、とするとフォトダイオードと同じくI/Vアンプで電圧として取り出す必要があるのでしょうか？

電流を測ればよいのです。
１個の光電子から雪崩的に発生した電子の集団として「１個」の信号として検出されます。

＞＞＞このゲインがゆらぐことはないのでしょうか？

カウントするのが目的なので、多少揺らいでも、なんら問題はありません。

＞＞＞こういう図を見るといつもなんか入ってくる光の数と検出される電子の数は完全に線形に比例しないのではないかと思うのですが、どうなのでしょうか？

比例しなくてよいのです。
測るのは、光のエネルギーでも光電子のエネルギーでもないし、二次電子のエネルギーや個数でもなく、
入ってくる光電子の数なのですから。

なお、
管に印加する電圧を低く調節すると、電流（二次電子の量）が光電子のエネルギーに依存するようになるような気がしますが、
それは光電子増倍管の主たる使い方ではないと思います。

以上、ご参考になりましたら幸いです。

お礼

ありがとうございます。
返事が遅れてしまいました。

やはりどうしても分からないのですが、１個の光電子から多数の電子に増幅するというのは分かるのですが、１個の光電子から100個の電子に増幅されるか1000個の電子に増幅されるのかが分からなければ元の光電子が何個あったかを知ることは出来ないのではないのでしょうか？

回答No.3

sanori

＞＞＞パルスの数を数えるだけということは、例えば、同じ時間に大量のフォトンが入って来た場合には見分けることが出来ないのでしょうか？
＞＞＞つまりは強度の強い光を検出した場合にはフォトン数を数えられないということなのでしょうか？

前回回答の
＞「不感時間」というキーワードで調べてみてください。
が、そのご質問への答えです。

＞＞＞或いはパルスで強い光を入れる（フェムト秒レーザーといったもの）には使用不可能なのでしょうか？

それに関しては知識がないので、お答えできません。

回答No.2

sanori

お礼のお言葉をありがとうございました。

フォトンの数を数えるということは、パルスの数を数えるということです。
フォトンが１個入射するたびに、光電子増倍管が１回「カチッ」という音を鳴らします。
その音が大きくても小さくても、とにかく１発入射するたびに１回とカウントできればよいわけです。

たとえて言うならば、
大人も子供も、身長が高い人も低い人も、体重が重い人も軽い人も、全部差別なく１人としてカウントするということです。

よって、フォトンの数をほぼ漏れなくカウントするためには、
個々のパルスの幅（時間的長さ）が、フォトンが入射してくるペース（時間間隔）より短いことが条件となります。

これについては、「不感時間」というキーワードで調べてみてください。

ご参考になりましたら。

お礼

非常に丁寧な回答ありがとうございます。

パルスの数を数えるだけということは、例えば、同じ時間に大量のフォトンが入って来た場合には
見分けることが出来ないのでしょうか？
つまりは強度の強い光を検出した場合にはフォトン数を数えられないということなのでしょうか？
或いはパルスで強い光を入れる（フェムト秒レーザーといったもの）には使用不可能なのでしょうか？