光電信息轉(zhuǎn)換器件光電倍增管

1、一結(jié)構(gòu)與原理 光電倍增管由光窗、光電陰極、電子光學系統(tǒng)、電子倍增系統(tǒng)和陽極等 五個主要部分組成，其外形如圖3.1.1-1所示。側(cè)窗式端窗式1光窗 光窗是入射光的通道，是對光吸收較多的部分。常用的光窗材料有鈉鈣玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、熔凝石英和氟鎂玻璃等。2光電陰極 它的作用是接收入射光，向外發(fā)射光電子。制作光電陰極的材料多是化合物半導體。3電子光學系統(tǒng) 任務：（1）通過對電極結(jié)構(gòu)的適當設計，使前一級發(fā)射出來的電子盡可能沒有散失地落到下一個倍增極上，使下一級的收集率接近于1；（2）使前一級各部分發(fā)射出來的電子，落到后一級上時所經(jīng)歷的時間盡可能相同，使渡越時間零散最小。4倍增系統(tǒng) 倍增系統(tǒng)是由許

2、多倍增極組成的綜合體，每個倍增極都是由二次電子倍增材料構(gòu)成的，具有使一次電子倍增的能力。倍增系統(tǒng)是決定整管靈敏度最關(guān)鍵的部分。光電倍增管是利用二次電子發(fā)射（當高速的電子打擊到金屬表面，由于高速電子的動能被金屬吸收，改變了金屬原子內(nèi)電子能量的狀態(tài)，使有些電子從金屬表面逸出）現(xiàn)象制成的。 如果每個電子落到某一倍增極上從該倍增極打出個二次電子，那么很明顯地：niI0式中， I 陽極電流; i0 光陰極發(fā)出的光電流; n 光電倍增極的級數(shù)。 光電倍增管的電流放大系數(shù)可用下式表示: = = 倍增系統(tǒng)有聚焦型和非聚焦型兩類。聚焦型倍增系統(tǒng)倍增極的結(jié)構(gòu)形式有直瓦片式、圓瓦片式;非聚焦倍增系統(tǒng)倍增極的結(jié)構(gòu)形式

3、有百葉窗式和盒棚式。0iIn5陽極 陽極是用來收集最末一級倍增極發(fā)射出來的電子的?，F(xiàn)在普遍采用金屬網(wǎng)來作陽極，使它置于靠近于最末一級倍增極附近。 二光電倍增管的特性： 1光電特性 2光譜特性 3. 伏安特性 4放大特性 5. 頻率特性 6疲乏特性 7. 暗電流I=0 當光通量很大時，特性曲線開始明顯偏離直線。因此，在工作時陰極不能有強光照射，否則易損壞管子。因它的靈敏度高，光電倍增管允許測量非常小的光通量，或所需放大器的級數(shù)可以較少。光電倍增管的光譜響應，在較長的波長取決于所用光電發(fā)射材料的性能，而較短的波長則主要取決于窗材料的透射特性。圖中示出了銻鉀銫（Sb-Sb-K-CsK-Cs）光電陰極

4、的光譜特性，最靈敏的光譜波長約在40004000埃處。相應于不同光通量值的陽極伏安特性示于圖中，它表示陽極電流I I對于最后一級倍增極和陽極間的電壓U U的關(guān)系。作此曲線時，其余各電極的電壓保持恒定。光電倍增管的電流放大系數(shù)或靈敏度隨電源電壓U U增大的關(guān)系，稱為放大特性。隨著電源電壓升高，電子在電場中的速度加快，動能增大，電子在倍增電極中可打出更多的二次發(fā)射電子，因而放大系數(shù)或靈敏度增大。曲線1 1和2 2各畫出了相應于橫坐標所給陽極電流I I值。若測量過程中，陽極電流不超過1 1毫安，則每次測量后，把管子放在暗室中幾晝夜，其靈敏度能恢復到近于初始值。管子工作的頭幾分鐘，疲勞得最快，以后疲勞

5、過程就逐漸緩慢了，即使陽極電流非常微弱，還是有疲勞現(xiàn)象，只是靈敏度得降低相當慢而已。暗電流I I=0=0的一個重要來源，是光電陰極和光電倍增極的熱電子發(fā)射。溫度T T越高，熱電子發(fā)射越多，則暗電流越大，如圖3.1.1-5 (f)(f)所示。如果需要較小的暗電流，可通過冷卻光電倍增管來減小暗電流。暗電流的另一組成部分是光電倍增管的漏電流。三、分析與計算 對測量直流信號，為了保證管子工作于線形狀態(tài)，分壓器電流應不小于陽極電流的20倍。但過分增大分壓器電流，假如分壓器又靠近管子，則管子受到分壓器的加熱而增大暗電流和噪聲。分壓器電阻的功率應為計算功率的2倍，這樣可預防由于電阻發(fā)熱而引起阻值改變。 輸出

6、大脈沖電流(如100毫安以上)，用一般分壓器會出現(xiàn)飽和，這時可使后面幾級間的分壓電阻為前面的幾倍至十幾倍，飽和電流會大大提高。 為了避免在最后幾個倍增極上由于信號脈沖電流過大而影響級間電位分布，需在若干個極間接上儲能電容。設輸出脈沖為矩形波，如要求極間電壓變化小于1，則旁路電容值的大小可按下式計算：UtICa100式中 Ia 陽極電流脈沖幅度(安)； t 脈沖寬度(秒)； U 陽極與最后一級(末級)倍增極之間的電壓(伏)； C 儲能電容(法拉)。式中， I 陽極電流; i0 光陰極發(fā)出的光電流; n 光電倍增極的級數(shù)。 光電倍增管的電流放大系數(shù)可用下式表示: = = 倍增系統(tǒng)有聚焦型和非聚焦型兩類。聚焦型倍增系統(tǒng)倍增極的結(jié)構(gòu)形式有直瓦片式、圓瓦片式;非聚焦倍增系統(tǒng)倍增極的結(jié)構(gòu)形式有百葉窗式和盒棚式。0iIn5陽極 陽極是用來收集最末一級倍增極發(fā)射出來的電子的。現(xiàn)在普遍采用金屬網(wǎng)來作陽極，使它置于靠近于最末一級倍增極附近。 二光電倍增管的特性： 1光電特性 2光譜特性 3.