Введение

Быстрый, высокочувствительный, малошумящий электронный детектор фотонов. Фотоумножители (сокращенно ФЭП или ПМТ) являются чрезвычайно чувствительными детекторами света в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра. Они относятся к классу вакуумных приборов, точнее – вакуумных фотоэлектронных умножителей. Эти детекторы умножают ток, создаваемый падающим светом, до 100 миллионов раз, или 10⁸ (т.е. 160 дБ), на множестве динодных ступеней, что позволяет (например) регистрировать отдельные фотоны при низкой интенсивности светового потока. Сочетание высокого коэффициента усиления, низкого уровня шума, высокой частотной характеристики или, эквивалентно, сверхбыстрого отклика и большой площади сбора обеспечило фотоумножителям незаменимое место в спектроскопии малых световых потоков, конфокальной микроскопии, рамановской спектроскопии, флуоресцентной спектроскопии, ядерной и физике частиц, астрономии, медицинской диагностике, включая анализы крови, медицинской визуализации, сканирования кинопленки (телецине), подавления радиолокационных сигналов и высококлассных сканеров изображений, известных как барабанные сканеры. Элементы технологии фотоумножения, при иной интеграции, лежат в основе приборов ночного видения. Исследования, анализирующие рассеяние света, такие как изучение полимеров в растворе, часто используют лазер и ФЭП для сбора данных о рассеянном свете. Полупроводниковые приборы, в частности кремниевые фотоумножители и лавинные фотодиоды, являются альтернативой классическим фотоумножителям; однако фотоумножители особенно хорошо подходят для приложений, требующих детектирования слабого света с низким уровнем шума и высокой чувствительностью, особенно если свет недостаточно коллимирован.

Структура и принципы работы

Фотоумножители обычно изготавливаются с эвакуированным стеклянным корпусом (используя чрезвычайно плотное и прочное стекло для металлического уплотнения, как и другие вакуумные трубки), содержащим фотокатод, несколько динодов и анод. Падающие фотоны попадают на материал фотокатода, который обычно представляет собой тонкий напыленный проводящий слой на внутренней стороне входного окна прибора. Электроны выбрасываются с поверхности в результате фотоэлектрического эффекта. Эти электроны направляются фокусирующим электродом к умножителю электронов, где электроны умножаются посредством вторичной эмиссии. Умножитель электронов состоит из ряда электродов, называемых динодами. Каждый динод поддерживается при более положительном потенциале, примерно на 100 Вольт, чем предыдущий. Первичный электрон покидает фотокатод с энергией входящего фотона, или около 3 эВ для "синих" фотонов, минус работа выхода фотокатода. Небольшая группа первичных электронов создается приходом группы начальных фотонов. (На рис. 1 число первичных электронов в начальной группе пропорционально энергии падающего высокоэнергетического гамма-кванта.) Первичные электроны движутся к первому диноду, поскольку они ускоряются электрическим полем. Каждый из них прибывает с кинетической энергией около 100 эВ, сообщенной разностью потенциалов. При столкновении с первым динодом испускается больше электронов с низкой энергией, и эти электроны, в свою очередь, ускоряются ко второму диноду. Геометрия цепочки динодов такова, что происходит каскад с экспоненциально возрастающим числом электронов на каждой стадии. Например, если на каждой стадии в среднем образуется 5 новых электронов на каждый входящий электрон, и если имеется 12 ступеней динодов, то на последней стадии для каждого первичного электрона ожидается около 512 ≈ 10⁸ электронов. Эта последняя ступень называется анодом. Это большое число электронов, достигающих анода, приводит к резкому токовому импульсу, который легко обнаруживается, например, на осциллографе, сигнализируя о прибытии фотона(ов) к фотокатоду примерно на 50 наносекунд раньше. Необходимое распределение напряжения вдоль ряда динодов создается цепью делителя напряжения, как показано на рис. 2. В примере фотокатод поддерживается отрицательным высоким напряжением порядка 1000 В, в то время как анод находится очень близко к потенциалу земли. Конденсаторы на последних нескольких динодах служат локальными резервуарами заряда, чтобы поддерживать напряжение на динодах во время распространения электронных лавин по трубке. На практике используется множество вариантов конструкции; показанная конструкция является лишь иллюстративной. Существует две распространенные ориентации фотоумножителей: конструкция "в лоб" или "на конце" (проходной режим), как показано выше, где свет входит в плоскую круглую верхнюю часть трубки и проходит через фотокатод, и конструкция "сбоку" (отражательный режим), где свет входит в определенную точку на боковой стороне трубки и сталкивается с непрозрачным фотокатодом. Конструкция "сбоку" используется, например, в фотоумножителе типа 931, первом серийно выпускаемом ПМТ. Помимо различных материалов фотокатода, на производительность также влияет пропускание света через материал окна, через которое проходит свет, и расположение динодов. Доступно множество моделей фотоумножителей с различными комбинациями этих и других конструктивных параметров. Руководства производителя содержат информацию, необходимую для выбора подходящей конструкции для конкретного применения.

История

Изобретение фотоумножителя обусловлено двумя предшествующими достижениями – независимыми открытиями фотоэлектрического эффекта и вторичной эмиссии.

Фотоэлектрический эффект

Первая демонстрация фотоэлектрического эффекта была проведена в 1887 году Генрихом Герцем с использованием ультрафиолетового света. Имея важное значение для практических применений, Элстер и Гейтель два года спустя продемонстрировали тот же эффект, используя видимый свет, воздействующий на щелочные металлы (калий и натрий). Добавление цезия, еще одного щелочного металла, позволило расширить диапазон чувствительных длин волн в сторону больших длин волн в красной области видимого спектра. Исторически фотоэлектрический эффект связан с именем Альберта Эйнштейна, который использовал это явление для установления фундаментального принципа квантовой механики в 1905 году, за что Эйнштейн получил Нобелевскую премию 1921 года. Важно отметить, что Генрих Герц, работавший за 18 лет до этого, не осознал, что кинетическая энергия испускаемых электронов пропорциональна частоте, но не зависит от интенсивности света. Этот факт впервые указал на дискретный характер света, то есть на существование квантов.

Вторичные выбросы

Феномен вторичной эмиссии (способность электронов в вакуумной трубке вызывать эмиссию дополнительных электронов при столкновении с электродом) изначально был ограничен чисто электронными явлениями и устройствами (не обладавшими фоточувствительностью). В 1899 году эффект был впервые описан Вийяром. В 1902 году Остин и Старк сообщили, что металлические поверхности, облучаемые электронным пучком, испускают больше электронов, чем количество падающих на них. Применение вновь открытой вторичной эмиссии для усиления сигналов было предложено лишь после Первой мировой войны ученым компании Westinghouse Джозефом Слепьяном в патенте 1919 года.

Победа за практическую электронную телевизионную камеру

К 1920-м годам складывались необходимые условия для изобретения фотоумножителя, поскольку темпы развития вакуумной электроники ускорялись. Для многих, если не для большинства исследователей, первоочередной задачей была разработка практичной технологии телевизионной камеры. Телевидение разрабатывалось с использованием примитивных прототипов на протяжении десятилетий до появления в 1934 году первой практической видеокамеры (иконоскопа). Ранние прототипы телевизионных камер отличались низкой чувствительностью. Технология фотоумножения разрабатывалась для повышения чувствительности телевизионных камер, таких как иконоскоп и (впоследствии) ортикон, до уровня, необходимого для практического применения. Таким образом, возникла возможность объединить два известных и хорошо изученных явления – фотоэмиссию (то есть фотоэлектрический эффект) и вторичную эмиссию – для создания практичного фотоумножителя.

Первый фотомультипликатор, одноступенчатый (начало 1934 года)

Первая задокументированная демонстрация фотоумножителя датируется началом 1934 года, достижениями группы RCA, базирующейся в Харрисоне, штат Нью-Джерси. Харли Ямс и Бернард Зальцберг первыми объединили катод, основанный на фотоэффекте, и одноступенчатый каскад усиления вторичной эмиссии в единую вакуумную колбу и первыми охарактеризовали его работу как фотоумножитель с усилением электронов. Эти работы были завершены до июня 1934 года, что подробно описано в рукописи, представленной в Proceedings of the Institute of Radio Engineers (Proc. IRE). Устройство состояло из полуцилиндрического фотокатода, вторичного эмиттера, установленного на оси, и коллекторной сетки, окружающей вторичный эмиттер. Трубка обеспечивала усиление около восьми и работала на частотах, значительно превышающих 10 кГц.

Магнитные фотоумножители (середина 19341937)

Более высокие коэффициенты усиления были необходимы, чем те, которые обеспечивали ранние однокаскадные фотоумножители. Однако, эмпирически установлено, что выход вторичных электронов ограничен в любом процессе вторичной эмиссии, независимо от ускоряющего напряжения. Таким образом, усиление любого однокаскадного фотоумножителя ограничено. В то время максимальное усиление на первой ступени, которого удавалось достичь, составляло приблизительно 10 (значительные усовершенствования в 1960-х годах позволили достичь усиления выше 25 с использованием динодов с отрицательным сродством к электронам). По этой причине многокаскадные фотоумножители, в которых выход фотоэлектронов мог последовательно умножаться на нескольких каскадах, представляли собой важную цель. Задача заключалась в том, чтобы заставить фотоэлектроны сталкиваться с последовательно электродами с более высоким напряжением, а не направлять их непосредственно к электроду с самым высоким напряжением. Первоначально эта задача была решена с помощью сильных магнитных полей для отклонения траекторий электронов. Подобная схема была ранее предложена изобретателем Дж. Слепьяном еще в 1919 году (см. выше). Соответственно, ведущие международные исследовательские организации сосредоточили свои усилия на усовершенствовании фотоумножителей для достижения более высокого усиления с использованием нескольких каскадов. В СССР Иосиф Сталин организовал масштабное внедрение радиооборудования RCA для создания сетей вещания, а недавно созданный Всесоюзный научно-исследовательский институт телевидения разрабатывал передовую для своего времени и места исследовательскую программу в области вакуумных ламп. В 1930-х годах, до начала холодной войны, многочисленные визиты представителей RCA были совершены в СССР для ознакомления советских заказчиков с возможностями оборудования RCA и изучения их потребностей. Во время одного из таких визитов, в сентябре 1934 года, Владимиру Зворикину из RCA был продемонстрирован первый многодинодный фотоумножитель, или умножитель фотоэлектронов. Это новаторское устройство было предложено Леонидом А. Кубецким в 1930 году и построено им в 1934 году. Устройство обеспечивало усиление в 1000 раз и более при демонстрации в июне 1934 года. Результаты работы были представлены для публикации только через два года, в июле 1936 года, что подчеркивается в недавней публикации 2006 года Российской академии наук (РАН), которая называет его «Трубкой Кубецкого». В советском устройстве использовалось магнитное поле для удержания вторичных электронов и фотокатод AgO Cs, который был продемонстрирован компанией General Electric в 1920-х годах. К октябрю 1935 года Владимир Зворикин, Джордж Эшмун Мортон и Луис Мальтер из RCA в Камдене, штат Нью-Джерси, представили в Proc. IRE свою рукопись, описывающую первый всесторонний экспериментальный и теоретический анализ многодинодной трубки – устройства, впоследствии названного фотоумножителем. Прототипы фотоумножителей RCA также использовали фотокатод AgO Cs (оксид серебра цезия). Они демонстрировали пиковую квантовую эффективность 0,4% при 800 нм.

Электростатические фотоумножители (1937 г. по настоящее время)

В то время как эти первые фотоумножители использовали принцип магнитного поля, электростатические фотоумножители (не использующие магнитное поле) были продемонстрированы Яном Раджманом из лабораторий RCA в Принстоне, штат Нью-Джерси, в конце 1930-х годов и стали стандартом для всех последующих коммерческих фотоумножителей. Первый массово производимый фотоумножитель, тип 931, был разработан по этой схеме и до сих пор производится.

Улучшенные фотокатоды

Также в 1936 году П. Гёрлих сообщил о значительно улучшенном фотокатоде Cs3Sb (цезиевый антимонид). Цезиево-антимонидный фотокатод демонстрировал резко возросшую квантовую эффективность – 12% при 400 нм, и был использован в первых коммерчески успешных фотоумножителях, выпускавшихся компанией RCA (т.е. типа 931), как в качестве фотокатода, так и в качестве материала для вторичной эмиссии динодов. Различные фотокатоды обеспечивали различные спектральные характеристики.

Спектровой ответ фотокатодов

В начале 1940-х годов JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), отраслевой комитет по стандартизации, разработал систему обозначения спектральных характеристик. В основе этой системы лежала идея о том, что пользователю продукта необходимо учитывать только характеристики устройства, а не способ его изготовления. Различным комбинациям фотокатодов и материалов окон были присвоены "S-номера" (спектральные номера) от S1 до S40, которые используются до сих пор. Например, S11 использует цезиево-сурьмяный фотокатод с окном из известкового стекла, S13 – тот же фотокатод с окном из кварцевого стекла, а S25 – так называемый "многощелочной" фотокатод (Na K Sb Cs, или натрий-калий-сурьма-цезий), обеспечивающий расширенный диапазон чувствительности в красной области видимого спектра. На сегодняшний день не было обнаружено подходящих фотоэмиссионных поверхностей для регистрации длин волн, превышающих примерно 1700 нанометров, хотя к этому значению можно приблизиться, используя специальный фотокатод (InP/InGaAs(Cs)).

Корпорация RCA

В течение десятилетий компания RCA отвечала за выполнение важнейших работ по разработке и совершенствованию фотоумножителей. RCA также в значительной степени способствовала коммерциализации фотоумножителей. Компания разработала и опубликовала авторитетный и широко используемый справочник по фотоумножителям. RCA предоставляла печатные экземпляры бесплатно по запросу. Этот справочник, который по-прежнему доступен в сети Интернет бесплатно преемниками RCA, считается незаменимым пособием. После корпоративной реструктуризации в конце 1980-х годов, включавшей приобретение RCA компанией General Electric и передачу подразделений RCA различным третьим лицам, бизнес RCA по производству фотоумножителей стал самостоятельной компанией.

Ланкастер, Пенсильвания

Завод в Ланкастере, штат Пенсильвания, был открыт ВМС США в 1942 году и эксплуатировался компанией RCA для производства радио- и микроволновых ламп. После Второй мировой войны военно-морской объект был приобретен компанией RCA. Завод RCA Lancaster, как он стал известен, стал базой для разработки и производства коммерческой телевизионной продукции. В последующие годы были добавлены и другие продукты, такие как электронно-лучевые трубки, фотоумножители, выключатели света с датчиками движения и системы видеонаблюдения.

Burle Industries

Burle Industries, как правопреемник RCA Corporation, продолжила деятельность RCA в области фотомультипликаторов после 1986 года, располагаясь на производственной площадке в Ланкастере, штат Пенсильвания. Приобретение RCA компанией General Electric в 1986 году привело к продаже подразделения RCA Lancaster New Products. Таким образом, спустя 45 лет после основания компанией ВМС США, ее управленческая команда во главе с Эрихом Бурлефингером выкупила подразделение и в 1987 году основала Burle Industries. В 2005 году, после восемнадцати лет независимого существования, Burle Industries и ключевое дочернее предприятие были приобретены компанией Photonis, европейской холдинговой компанией Photonis Group. После приобретения Photonis включала в себя Photonis Netherlands, Photonis France, Photonis USA и Burle Industries. Photonis USA управляет бывшей группой Galileo Corporation Scientific Detector Products (Стурбридж, штат Массачусетс), приобретенной Burle Industries в 1999 году. Группа известна электронными умножителями на основе микроканальных пластин (MCP) – интегрированной микро-вакуумной версией фотомультипликаторов. МКП используются для визуализации и научных приложений, включая приборы ночного видения. 9 марта 2009 года Photonis объявила о прекращении производства фотомультипликаторов на заводах в Ланкастере, штат Пенсильвания, и в Бриве, Франция.

Хамаматсу

Японская компания Hamamatsu Photonics (также известная как Hamamatsu) зарекомендовала себя как лидер в индустрии фотоумножителей с 1950-х годов. В традиции RCA, компания Hamamatsu опубликовала собственный справочник, который можно бесплатно скачать с её веб-сайта. Hamamatsu использует различные обозначения для конкретных составов фотокатодов и вносит изменения в эти обозначения, основываясь на собственных, запатентованных исследованиях и разработках.

Фотокатодные материалы

Фотокатоды могут быть изготовлены из различных материалов с различными свойствами. Как правило, материалы имеют низкую работу выхода и поэтому склонны к термоэлектронной эмиссии, вызывающей шум и темный ток, особенно материалы, чувствительные в инфракрасном диапазоне; охлаждение фотокатода снижает этот тепловой шум. Наиболее распространенными материалами для фотокатодов являются AgO Cs (также называемый S1) – режим прохождения, чувствительный в диапазоне 300–1200 нм. Имеет высокий темный ток; используется в основном в ближнем инфракрасном диапазоне, с охлаждаемым фотокатодом; GaAs:Cs – цезиево-активированный арсенид галлия, с плоской характеристикой в диапазоне 300–850 нм, спадающей к ультрафиолетовому и до 930 нм; InGaAs:Cs – цезиево-активированный арсенид индия-галлия, с более высокой чувствительностью к инфракрасному диапазону, чем GaAs:Cs, в диапазоне 900–1000 нм обеспечивает значительно более высокое отношение сигнал/шум, чем AgO Cs; Sb Cs (также называемый S11) – цезиево-активированный сурьмяный фотокатод, используемый для фотокатодов в режиме отражения; диапазон чувствительности от ультрафиолетового до видимого, широко применяется; биалкальные (SbKCs, SbRbCs) – цезиево-активированный сплав сурьмы с калием или рубидием, аналогичный Sb:Cs, но с более высокой чувствительностью и меньшим шумом. Могут использоваться в режиме прохождения; благоприятная реакция на вспышки сцинтиллятора NaI:Tl делает их широко применяемыми в гамма-спектроскопии и детекции излучения; высокотемпературные биалкальные (NaKSb) могут работать при температуре до 175 °C, используются в геофизических исследованиях скважин, имеют низкий темный ток при комнатной температуре; мультикальные (NaKSbCs) (также называемые S20) – широкий спектральный отклик от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного, специальная обработка катода может расширить диапазон до 930 нм, используются в широкополосных спектрофотометрах; "солнечные фильтры" (CsTe, CsI) – чувствительны к вакуумному ультрафиолету и ультрафиолетовому излучению, нечувствительны к видимому свету и инфракрасному излучению (CsTe имеет порог отсечки на 320 нм, CsI на 200 нм).

Материалы для окон

Окна фотоумножителей функционируют как фильтры по длине волны; это может быть несущественно, если длины волн отсечки находятся за пределами диапазона применения или за пределами диапазона чувствительности фотокатода, но особое внимание следует уделять нетипичным длинам волн. Боросиликатное стекло обычно используется для ближнего инфракрасного диапазона до 300 нм. Боросиликатное стекло с высоким содержанием бора также выпускается в версиях с высокой УФ-пропускаемостью, сохраняющей высокую пропускаемость и на длине волны 254 нм. Стекло с очень низким содержанием калия может использоваться с биалкальными фотокатодами для уменьшения фонового излучения от изотопа калия-40. Ультрафиолетовое стекло пропускает видимый и ультрафиолетовый свет до 185 нм. Применяется в спектроскопии. Синтетический кварц пропускает излучение до 160 нм, поглощая меньше УФ-излучения, чем кварцевое стекло. Имеет коэффициент теплового расширения, отличный от ковара (и от боросиликатного стекла, коэффициент расширения которого согласован с коваром), поэтому требуется градуированное уплотнение между окном и остальной частью трубки. Уплотнение уязвимо к механическим ударам. Фторид магния пропускает ультрафиолетовое излучение до 115 нм. Гигроскопичен, хотя и в меньшей степени, чем другие галогениды щелочных металлов, используемые для изготовления УФ-окон.

Учитывания по использованию

Для ускорения электронов в цепи динодов фотоумножители обычно используют напряжение от 1000 до 2000 вольт. (Смотрите рисунок в верхней части статьи.) Наиболее отрицательное напряжение подключается к катоду, а наиболее положительное – к аноду. Часто предпочтительны источники отрицательного высокого напряжения (с положительным заземленным выводом), поскольку такая конфигурация позволяет измерять фототок на стороне низкого напряжения цепи для последующего усиления электронными схемами, работающими при низком напряжении. Однако, при высоком напряжении на фотокатоде, токи утечки иногда приводят к нежелательным импульсам "темного тока", которые могут повлиять на работу. Напряжение распределяется по динодам с помощью резистивного делителя напряжения, хотя возможны и другие варианты, такие как активные схемы (с транзисторами или диодами). Конструкция делителя, влияющая на частотную характеристику или время нарастания, может быть выбрана в соответствии с конкретными задачами. Некоторые приборы, использующие фотоумножители, имеют возможность изменения анодного напряжения для регулировки усиления системы. Во время работы (под напряжением) фотоумножители необходимо защищать от рассеянного света, чтобы предотвратить их повреждение из-за перенасыщения. В некоторых случаях эта защита осуществляется механически с помощью электрических блокировок или затворов, которые защищают трубку при открытии отсека фотоумножителя. Другой вариант – добавление защиты от перегрузки по току во внешней цепи, чтобы при превышении измеренным током анода безопасного значения, высокое напряжение снижалось. Если фотоумножитель используется в условиях сильных магнитных полей, которые могут искривлять траектории электронов, отклонять их от динодов и вызывать потерю усиления, он обычно экранируется слоем мягкого железа или мю-металла. Этот магнитный экран часто поддерживается на катодном потенциале. В этом случае внешний экран также должен быть электрически изолирован из-за высокого напряжения. Фотоумножители с большим расстоянием между фотокатодом и первым динодом особенно чувствительны к магнитным полям. Фотоумножители используются в исследовательских лабораториях для измерения интенсивности и спектра излучающих материалов, таких как сложные полупроводники и квантовые точки. Фотоумножители применяются в качестве детекторов во многих спектрофотометрах. Это позволяет создавать приборы, превосходящие предел чувствительности, определяемый тепловым шумом, и, следовательно, значительно расширять динамический диапазон прибора. Фотоумножители используются в многочисленных конструкциях медицинского оборудования. Например, анализаторы крови, используемые в клинических медицинских лабораториях, такие как проточные цитометры, применяют фотоумножители для определения относительной концентрации различных компонентов в образцах крови в сочетании с оптическими фильтрами и лампами накаливания. В гамма-камере используется массив фотоумножителей. Фотоумножители обычно используются в качестве детекторов в сканерах с летучей точкой.

Приложения с высокой чувствительностью

После 50 лет, в течение которых твердотельные электронные компоненты во многом заменили вакуумные лампы, фотомультипликатор остается уникальным и важным оптоэлектронным компонентом. Возможно, его наиболее ценное свойство заключается в том, что он, с точки зрения электроники, выступает в роли почти идеального источника тока благодаря высокому напряжению, используемому для извлечения крошечных токов, связанных со слабыми световыми сигналами. С токами сигнала фотоумножителя не связан шум Джонсона, даже если они значительно усилены, например, в 100 тысяч раз (то есть на 100 дБ) или более. Фототок все еще содержит дробовой шум. Усиленные фототоки фотомультипликатора могут быть дополнительно усилены электронным усилителем с высоким входным сопротивлением (в цепи обработки сигнала, следующей за фотомультипликатором), что позволяет получать заметные напряжения даже при очень малых потоках фотонов. Фотомультипликаторы предоставляют наилучшие возможности для преодоления шума Джонсона во многих конфигурациях. Вышесказанное относится к измерению световых потоков, которые, хотя и малы, все же представляют собой непрерывный поток множества фотонов. Для меньших потоков фотонов фотомультипликатор может работать в режиме счета фотонов, или в режиме Гейгера (см. также лавинный диод на одиночных фотонах). В режиме Гейгера усиление фотомультипликатора устанавливается настолько высоким (путем использования высокого напряжения), что один фотоэлектрон, образованный одним фотоном, падающим на первичную поверхность, генерирует очень большой ток в выходной цепи. Однако, из-за лавинного нарастания тока, требуется сброс фотомультипликатора. В любом случае, фотомультипликатор способен обнаруживать отдельные фотоны. Недостатком является то, что не каждый фотон, падающий на первичную поверхность, регистрируется, либо из-за неидеальной эффективности фотомультипликатора, либо потому, что второй фотон может прибыть в фотомультипликатор в течение "мертвого времени", связанного с первым фотоном, и остаться незамеченным. Фотомультипликатор генерирует небольшой ток даже при отсутствии падающих фотонов; этот ток называется темным током. Приложения для счета фотонов обычно требуют фотомультипликаторов, разработанных для минимизации темного тока. Тем не менее, способность обнаруживать одиночные фотоны, достигающие первичной светочувствительной поверхности, сама по себе демонстрирует принцип квантования, предложенный Эйнштейном. Счет фотонов (как этот метод называют) показывает, что свет, являясь не только волной, состоит из дискретных частиц (то есть фотонов).

Диапазон температур

Известно, что при криогенных температурах фотоумножители демонстрируют увеличение эмиссии электронов (в виде всплесков) с понижением температуры. Это явление до сих пор не имеет объяснения в рамках какой-либо физической теории.