Un dispositivo más antiguo, pero que todavía presenta un comportamiento eléctrico que lo hace ideal para aplicaciones en las que las intensidades de luz extremadamente pequeñas deben ser detectadas es la válvula foto-multiplicadora o tubo foto-multiplicador, como también se llama. En la figura 1 tenemos el aspecto de uno de estos sensores foto-eléctricos.
Para entender el principio de funcionamiento de ese sensor foto-eléctrico, podemos partir de la estructura mostrada en la figura 2.
Cuando un fotón de luz es emitido y alcanza el foto-catodo él libera un electrón que se dirige a un dinodo a través de la acción de un electrodo de enfoque. Al incidir en el dinodo, el electrón libera otros electrones que se emiten hacia un segundo dinodo.
De la misma forma, al incidir en un segundo dinodo, nuevos electrones son liberados y emitidos en un proceso multiplicador. Así en el último dinodo ya tenemos una gran cantidad de electrones, por un proceso de multiplicación, los cuales son entonces captados por un ánodo, produciendo así una corriente de salida en el dispositivo.
La sensibilidad de una válvula de este tipo y por lo tanto la corriente de salida obtenida para cada fotón depende del número de dinodos usados. Las válvulas foto-multiplicadoras se utilizan en los procesos en los que se detectan cantidades extremadamente pequeñas de luz, por ejemplo, un solo fotón en una cámara de parpadeo.
Esta cámara, usada en investigaciones nucleares, contiene una sustancia que al recibir una partícula atómica libera un fotón, produciendo así un parpadeo. En las investigaciones más simples, la radiación de una sustancia puede ser evaluada observando esas centelleantes en un microscopio y haciendo su cuenta. En un proceso más elaborado se puede hacer uso de una válvula foto-multiplicadora para detectar esos centelleos siendo producidos pulsos que pueden ser contados automáticamente por un circuito.