Nhân quang điện thường là phương án lựa chọn để thu tín hiệu sáng thấp. Chúng vượt qua một số giới hạn ồn nhiễu bằng sự khuếch đại nội dòng quang điện khi sử dụng hiệu ứng phát xạ thứ cấp từ các đi - nốt bên trong để nhân dòng quang điện. Các điện tử sinh ra sẽ được gia tốc bởi một điện áp khoảng vài trăm vôn và hội tụ vào bề mặt điện cực (ví dụ Cu - Be). Hệ số khuếch đại q phụ thuộc vào điện áp gia tốc U, góc tới bề mặt điện cực và vật liệu chế tạo điện cực đi - nốt. Loại điển hình có U = 200V, q = 3÷5. Một nhân quang điện có 10 đi - nốt có độ khuếch đại tổng cộng G = q10 ~ 105 ÷ 107. Mỗi một điện tử trong một nhân quang điện có N đi - nốt sẽ sinh ra một dòng thác điện tích có Q = qne và tương ứng có xung điện thế
(2.4) Với C là điện dung của anot (bao gồm cả mối nối)
Ví dụ như G = 2×106, C = 30pF → V = 10 mV
Đối với các thí nghiệm yêu cầu phân giải thời gian cao, thời gian đáp ứng cần ngắn nhất có thể. Chúng ta xét các hiệu ứng có thể đóng góp vào thời gian tăng của xung anốt gây nên bởi thời gian truyền đối với các điện tử khác nhau. Giả sử rằng một đơn điện tử từ quang âm cực được gia tốc đập vào đi - nốt thứ nhất, vận tốc ban đầu của điện tử thứ cấp thay đổi bởi vì các điện tử phát xạ ra từ độ sâu khác nhau của đi - nốt và năng lượng ban đầu của nó
thường trong khoảng giữa 0 và 5 eV. Thời gian truyền giữa hai bản mặt song song có khoảng cách d và hiệu điện thế V là
2m t d eV = (2.5) Đối với điện tử có khối lượng m với năng lượng ban đầu bằng 0. Các điện tử có năng lượng ban đầu là Ekin sẽ đi tới điện cực bên cạnh sớm hơn bằng số gia thời gian
1 d 2 kin
t mE
eV
∆ = (2.6)
Ví dụ: Ekin = 0,5eV, d = 1 cm, V = 250V, →∆t1 = 0,1ns
Các điện tử di chuyển trong ống với độ dài khác nhau gây nên sự kéo dài thời gian truyền một lượng là
t2 d 2m eV
∆ = ∆ (2.7)
Giá trị này có biên độ tương tự như ∆t1. Thời gian tăng của xung anot khởi đầu bởi một đơn điện tử giảm khi tăng tỷ lệ điện áp tới V-1/2. Điều này phụ thuộc vào yếu tố hình học và dạng cấu tạo của đi - nốt.
Với một chùm sáng mạnh sinh ra rất nhiều điện tử cùng lúc, sự kéo dãn thời gian do hai nguyên nhân:
- Sự sai khác vận tốc ban đầu của các điện tử phát xạ ra
- Thời gian bay của điện tử từ quang âm cực đến đi - nốt đầu tiên phụ thuộc vào vị trí của điếm tới trên âm cực mà tại đó phát xạ điện tử ra. Nó làm cho sự kéo dãn thời gian đáng kể hơn các hiệu ứng khác. Điều này có thể được hạn chế bằng dạng điện cực hội tụ giữa âm cực và đi - nốt đầu tiên và tối ưu hóa điện áp giữa chúng. Thời gian chuyển dịch tăng của nhân quang điện tiêu biểu là 5 ÷ 20 ns. Đối với một số loại nhân quang điện thiết kế đặc biệt có thể giảm thời gian bay đến 0,2 ns.