3.7 Спектральная чувствительность фотокатодов

В зависимости от материала катода спектральные кривые $\varkappa(\lambda)$ могут быть различны. Для четырех распространенных типов фотокатодов они схематично показаны на рис.3.7

**Рис. 3.7:** Спектральная чувствительность фотокатодов
$\begin{figure}\begin{center} \epsfxsize =0.8\textwidth\epsfbox{lfig3_7.eps}\end{center}\end{figure}$

Наименьшую чувствительность в визуальной области имеет катод типа S1 (обозначение по ГОСТу С1). Это серебряно-кислородно-цезиевый катод. Он обладает двумя замечательными особенностями. Во-первых, это исторически первый из катодов, применяющихся в фотоумножителях. Во-вторых, хотя у этого катода невысокая относительная чувствительность в видимой области, зона его спектральной чувствительности простирается до $\lambda = 11000$ - $12000\AA$ , т.е. он работает в ближней инфракрасной области. Когда у Джонсона еще не было современных фотокатодов, чувствительных в области $\lambda = 7000$ - $8000\AA$ , он выполнял измерения в красной части спектра именно с помощью катода типа S1. Поэтому полоса

, создаваемая с помощью светофильтра КС-14 и ФЭУ-79, сильно отличается от такой полосы у Джонсона прежде всего тем, что последняя значительно шире и на пятипроцентном уровне чувствительности простирается от $\lambda = 5400\AA$ до $\lambda =8900\AA$ .

При построении системы UBV Джонсон пользовался фотоумножителем 1P21. Это фотоумножитель с катодом типа S11 (обозначение по ГОСТу С6). Его спектральная чувствительность также показана на рис.3.7. Это сурьмяно-цезиевый катод, т.е. химические вещества, входящие в его состав это сурьма и цезий в соотношении SbCs ${}_3$ . (Сначала напыляется сурьма слоем в несколько десятков нанометров, затем сурьма активируется цезием; на поверхности фотокатода также адсорбируется пленка цезия.) В области около $\lambda4000\mbox{\r{A}}$ он имеет в 20 раз больший квантовый выход, по сравнению с катодом типа S1. К длине волны примерно $\lambda6500\mbox{\r{A}}$ чувствительность этого катода падает практически до нуля. Именно этим спадом чувствительности определялись положение и форма длинноволновой границы спектральной полосы

у Джонсона. И, наконец, фотокатод типа S20 (обозначение по ГОСТу С11), называемый мультищелочным. В его состав входит Sb(Na ${}_2$ K), с адсорбированным слоем цезия на поверхности. Эти катоды обладают рядом бесспорных преимуществ и сейчас наиболее употребительны в звездной фотометрии. Их чувствительность с длинноволновой стороны простирается до $\lambda9000\mbox{\r{A}}$ . Именно с катодом такого типа строится полоса

фотометрической системы WBVR, употребляемой в Тянь-Шаньской обсерватории. Чувствительность его в максимуме несколько выше, чем у сурьмяно-цезиевого.

На рис.3.7 показана еще одна кривая. Она представляет катод, состоящий из галлия и мышьяка. Это сравнительно новый тип фотокатодов. Они представляют заметный интерес для звездной фотометрии, хотя пока еще недостаточно распространены в нашей стране. Арсенид-галлиевые катоды являются непрозрачными, и фотоумножитель конструируется с учетом того, что фотоэлектроны выходят с той же стороны, с которой падает свет. Эти фотокатоды отличаются высоким квантовым выходом в красной и ближней инфракрасной областях. Некоторые типы арсенид-галлиевых катодов имеют в максимуме спектральной чувствительности квантовый выход, достигающий 50%.

Для сравнения на рис.3.8 показаны относительные кривые спектральной чувствительности для нескольких типов фотографических эмульсий фирм ORWO и Kodak.

**Рис. 3.8:** Спектральная чувствительность фотоэмульсий
$\begin{figure}\begin{center} \epsfxsize =0.8\textwidth\epsfbox{lfig3_8.eps}\end{center}\end{figure}$

У любого включенного фотоумножителя фототок возникает даже в отсутствие падающего света. Это так называемая термоэлектронная эмиссия, вызываемая тепловыми движениями электронов. Фототок, вызванный ею, называется темновым током. Отметим, что любой ``темновой'' электрон, вылетевший с фотокатода, пройдет по тому же самому пути, вызовет на выходе ФЭУ электронную лавину и так же, как и ``сигнальный'' фотоэлектрон внесет свой вклад в создание фототока.

У серебряно-кислородно-цезиевых катодов (S1) при комнатной температуре термоэмиссия очень велика: каждую секунду вылетают десятки тысяч термоэлектронов. На таком фоне невозможно измерить долю фототока, вызванного светом звезды. Уменьшить темновой ток можно путем охлаждения фотокатода. Часто используется охлаждение твердой углекислотой до температуры около $-70^{\circ}C$ . При этом темновой ток уменьшается до приемлемого уровня. По тем же причинам охлаждение необходимо для работы фотоумножителей с арсенид-галлиевым катодом.

Фотокатоды типов S11 и S20 имеют при комнатной температуре термоэмиссию на 3-4 порядка меньше, и для них обычно охлаждение не применяется. У отобранных экземпляров фотоумножителя ФЭУ-79 при комнатной температуре с площади катода вылетает в секунду несколько десятков темновых электронов. У многих других фотоумножителей (в том числе зарубежного производства) термоэмиссия больше, что ограничивает их применение для звездной фотометрии. В нашей стране наиболее часто применяется ФЭУ-79. При работе с ним в условиях окружающей температуры около $-10^\circ C$ (это типичная температура ясной зимней наблюдательной ночи на Тянь-Шаньской обсерватории) количество тепловых электронов уменьшается примерно в 10 раз, и составляет единицы термоэлектронов в секунду. При таком значении темнового сигнала и использовании телескопа с диаметром главного зеркала около 0.5 м можно измерять количество импульсов от звезд до 14-й величины.