光電發(fā)射器件

1、第六章第六章光電發(fā)射器件 引言v光電發(fā)射器件是基于光電發(fā)射器件是基于外光電外光電效應(yīng)的器件。效應(yīng)的器件。u真空光敏二極管真空光敏二極管u光電倍增管光電倍增管u變相管變相管u像增強(qiáng)器像增強(qiáng)器u真空電子束攝像管真空電子束攝像管v特點(diǎn)特點(diǎn)：靈敏度高，響應(yīng)快速靈敏度高，響應(yīng)快速v應(yīng)用應(yīng)用：微弱輻射探測、快速捕捉弱輻射脈沖信息：微弱輻射探測、快速捕捉弱輻射脈沖信息v例如天文觀測快速運(yùn)動的星體或飛行物及材料工程、例如天文觀測快速運(yùn)動的星體或飛行物及材料工程、生物醫(yī)學(xué)工程、地質(zhì)地理分析領(lǐng)域生物醫(yī)學(xué)工程、地質(zhì)地理分析領(lǐng)域6.1 6.1 光電發(fā)射陰極光電發(fā)射陰極6.1.1 6.1.1 光電發(fā)射陰極的主要參數(shù)光電

2、發(fā)射陰極的主要參數(shù) 光電發(fā)射陰極的主要特性參數(shù)光電發(fā)射陰極的主要特性參數(shù)u 靈敏度靈敏度u 量子效率量子效率u 光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)u 暗電流暗電流 1. 靈敏度靈敏度1) 光譜靈敏度光譜靈敏度 定義：單色輻射作用于光電陰極時，光電陰極輸出定義：單色輻射作用于光電陰極時，光電陰極輸出電流電流Ik與單色輻射通量與單色輻射通量e,之比。之比。 Se,=IK/e, 量綱為量綱為A/W或或A/W。 2) 積分靈敏度積分靈敏度 定義：在某波長范圍內(nèi)的積分輻射作用于光電陰極時，定義：在某波長范圍內(nèi)的積分輻射作用于光電陰極時，光電陰極輸出電流光電陰極輸出電流Ik與入射輻射通量與入射輻射通量e之比。之比。 量綱為

3、量綱為mA/W或或A/W。在可見光波長范圍內(nèi)的在可見光波長范圍內(nèi)的“白光白光”作用于光電陰極時，作用于光電陰極時，白光靈敏度白光靈敏度Sv= 量綱為量綱為mA/lm。 0e,kedIS780380v,kdIv2.2.量子效率量子效率 定義：定義：單色單色輻射作用于光電陰極時，光電陰極發(fā)射單輻射作用于光電陰極時，光電陰極發(fā)射單位時間發(fā)射出去的位時間發(fā)射出去的光電子數(shù)光電子數(shù)Ne,與入射的與入射的光子數(shù)光子數(shù)之比。之比。p,e,NN 量子效率和光譜靈敏度是一個物理量的兩種表量子效率和光譜靈敏度是一個物理量的兩種表示方法。它們之間的關(guān)系為示方法。它們之間的關(guān)系為 e,e,e,k1240qhc/q/S

4、ShIv3. 光譜響應(yīng)光譜響應(yīng) 光電發(fā)射陰極的光譜響應(yīng)特性用光譜響應(yīng)特性曲光電發(fā)射陰極的光譜響應(yīng)特性用光譜響應(yīng)特性曲線描述，即光電發(fā)射陰極的線描述，即光電發(fā)射陰極的光譜靈敏度或量子效率與光譜靈敏度或量子效率與入射輻射波長的關(guān)系入射輻射波長的關(guān)系曲線。曲線。 4. 暗電流暗電流 光電發(fā)射陰極中少數(shù)處于較高能級的電子在光電發(fā)射陰極中少數(shù)處于較高能級的電子在室溫室溫下獲得了熱能產(chǎn)生熱電子發(fā)射，形成暗電流。下獲得了熱能產(chǎn)生熱電子發(fā)射，形成暗電流。 光電發(fā)射陰極的暗電流與材料的光電發(fā)射閾值有光電發(fā)射陰極的暗電流與材料的光電發(fā)射閾值有關(guān)。一般光電發(fā)射陰極的暗電流極低，其強(qiáng)度相當(dāng)于關(guān)。一般光電發(fā)射陰極的暗電

5、流極低，其強(qiáng)度相當(dāng)于10-1610-18Acm-2的電流密度。的電流密度。 v6.1.2 光電陰極材料光電陰極材料 u 單堿與多堿銻化物光陰極單堿與多堿銻化物光陰極 銻銫銻銫(Cs3Sb) 、Na2KSbu 銀氧銫銀氧銫（Ag-O-Cs）與鉍銀氧銫與鉍銀氧銫（ Bi-Ag-O-Cs； Bi-O-Ag-Cs； Ag-Bi-O-Cs）光陰極光陰極 u 紫外光陰極紫外光陰極u -族元素光陰極族元素光陰極6.2 6.2 真空光電管與光電倍增管的工作原理真空光電管與光電倍增管的工作原理 v6.2.1 真空光電管（真空光電管（簡稱光電管）簡稱光電管）的原理的原理光電發(fā)射型器件光電發(fā)射型器件組成組成：光電陰

6、極和陽極兩部分：光電陰極和陽極兩部分類型類型：真空型：管內(nèi)被抽成真空：真空型：管內(nèi)被抽成真空 充氣型：管內(nèi)充入某些低氣壓惰性氣體充氣型：管內(nèi)充入某些低氣壓惰性氣體工作條件工作條件：在陰極和陽極之間加有一定的電壓，：在陰極和陽極之間加有一定的電壓，且陽極為正極，陰極為負(fù)極。且陽極為正極，陰極為負(fù)極。 1、真空型光電管的工作原理、真空型光電管的工作原理原理：原理：當(dāng)入射光透過真空型光電管的入射窗照射到光當(dāng)入射光透過真空型光電管的入射窗照射到光電陰極面上時，電陰極面上時，光電子就從陰極發(fā)射出去，光電子就從陰極發(fā)射出去，在陰極和在陰極和陽極之間形成的電場作用下，光電子在極間作加速運(yùn)陽極之間形成的電場作

7、用下，光電子在極間作加速運(yùn)動，動，被高電位的陽極收集被高電位的陽極收集。光電流大小的決定因素：光電流大小的決定因素：u陰極靈敏度陰極靈敏度u入射輻射強(qiáng)度入射輻射強(qiáng)度 2、充氣型光電管的工作原理、充氣型光電管的工作原理 光照產(chǎn)生電子在電場的作用下運(yùn)動，途中光照產(chǎn)生電子在電場的作用下運(yùn)動，途中與惰性氣體原子碰撞而電離，電離又產(chǎn)生新的與惰性氣體原子碰撞而電離，電離又產(chǎn)生新的電子電子，它與光電子一起都被陽極收集，它與光電子一起都被陽極收集，正離子正離子向反方向運(yùn)動被陰極接收，向反方向運(yùn)動被陰極接收，形成數(shù)倍于真空型形成數(shù)倍于真空型光電管的光電流光電管的光電流 。v6.2.2 6.2.2 光電倍增管的原

8、理光電倍增管的原理 光電倍增管（光電倍增管（Photo-multiple tube，簡稱為簡稱為PMT）是一種）是一種真空光電發(fā)射器件真空光電發(fā)射器件。組成：組成：u 光入射窗光入射窗u 光電陰極光電陰極u 電子光學(xué)系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)u 倍增極倍增極u 陽極陽極工作過程：工作過程：u 光子入射到光電陰極光子入射到光電陰極u 光電陰極產(chǎn)生電子發(fā)射光電陰極產(chǎn)生電子發(fā)射u 電子在電場中加速運(yùn)動電子在電場中加速運(yùn)動u 作用于倍增極并產(chǎn)生倍增發(fā)作用于倍增極并產(chǎn)生倍增發(fā)射電子射電子u 電子經(jīng)電子經(jīng)N次倍增后被陽極收集，次倍增后被陽極收集，形成電流形成電流當(dāng)光子入射到光電陰極面當(dāng)光子入射到光電陰極面K上時，只

9、要光子的能量高于光電上時，只要光子的能量高于光電發(fā)射閾值，光電陰極將產(chǎn)生光電子發(fā)射。發(fā)射閾值，光電陰極將產(chǎn)生光電子發(fā)射。發(fā)射到真空中的電子在電場和電子光學(xué)系統(tǒng)的作用下，經(jīng)發(fā)射到真空中的電子在電場和電子光學(xué)系統(tǒng)的作用下，經(jīng)電子限束器電極電子限束器電極F匯聚，并加速運(yùn)動到第一倍增極匯聚，并加速運(yùn)動到第一倍增極D1上。第上。第一倍增極在高動能電子的作用下，將發(fā)射比入射電子數(shù)目一倍增極在高動能電子的作用下，將發(fā)射比入射電子數(shù)目更多的二次電子。更多的二次電子。第一倍增極發(fā)射出的電子在第一與第二倍增極之間電場的第一倍增極發(fā)射出的電子在第一與第二倍增極之間電場的作用下高速運(yùn)動到第二倍增極。作用下高速運(yùn)動到第

10、二倍增極。同樣，在第二倍增極上產(chǎn)生電子倍增。經(jīng)同樣，在第二倍增極上產(chǎn)生電子倍增。經(jīng)N級倍增極倍增后，級倍增極倍增后，電子被放大電子被放大N次，最后被陽極收集，形成陽極電流次，最后被陽極收集，形成陽極電流Ia，Ia將將在負(fù)載電阻上產(chǎn)生電壓降，形成輸出電壓。在負(fù)載電阻上產(chǎn)生電壓降，形成輸出電壓。v6.2.3 6.2.3 光電倍增管的結(jié)構(gòu)光電倍增管的結(jié)構(gòu)v入射窗入射窗 結(jié)構(gòu)：端窗式、側(cè)窗式結(jié)構(gòu)：端窗式、側(cè)窗式 v倍增極倍增極 材料：材料：銻化銫（銻化銫（CsSb） 氧化的銀鎂合金（氧化的銀鎂合金（AgMgOCs） 銅銅-鈹合金鈹合金 負(fù)電子親和勢材料負(fù)電子親和勢材料GaPCs 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): :聚焦型、

11、非聚焦型聚焦型、非聚焦型6.3 6.3 光電倍增管的基本特性光電倍增管的基本特性 v靈敏度靈敏度v電流放大倍數(shù)（增益）電流放大倍數(shù)（增益）v暗電流暗電流v噪聲噪聲v伏安特性伏安特性v線性線性v疲勞與衰老疲勞與衰老v6.3.1 6.3.1 靈敏度靈敏度 陰極靈敏度陰極靈敏度：反映光電陰極材料對入射光的敏感程度：反映光電陰極材料對入射光的敏感程度陽極靈敏度陽極靈敏度：倍增極的倍增特性：倍增極的倍增特性1 1、陰極靈敏度、陰極靈敏度 光電倍增管陰極電流光電倍增管陰極電流Ik與入射光譜輻射通量之比與入射光譜輻射通量之比e,k ,kIS陰極積分靈敏度陰極積分靈敏度kkkee,0dIIS 2 2、陽極靈敏

12、度、陽極靈敏度 光電倍增管陽極輸出電流光電倍增管陽極輸出電流I Ia a與入射光譜輻射通量之比與入射光譜輻射通量之比 e,a ,aIS陽極積分靈敏度陽極積分靈敏度aaaee,0dIISv6.3.2 6.3.2 電流放大倍數(shù)（增益）電流放大倍數(shù)（增益） 表征表征光電倍增管的光電倍增管的內(nèi)增益特性內(nèi)增益特性決定因素決定因素：倍增極材料的二次電子發(fā)射系數(shù)：倍增極材料的二次電子發(fā)射系數(shù) 光電倍增管的級數(shù)光電倍增管的級數(shù)N理想光電倍增管的理想光電倍增管的增益增益 G = N考慮到電子被倍增極收集，增益修正為考慮到電子被倍增極收集，增益修正為 Ni1)(G倍增極的倍增極的收集系數(shù)收集系數(shù)kakaSSIIG

13、由定義出發(fā)由定義出發(fā)，光電倍增管在電源電壓確定后，電流放，光電倍增管在電源電壓確定后，電流放大倍數(shù)可以通過測量陽極大倍數(shù)可以通過測量陽極電流電流Ia與陰極電流與陰極電流Ik確定確定: : 銻化銫倍增極材料銻化銫倍增極材料0.7DD)(2 . 0U氧化的銀鎂合金材料氧化的銀鎂合金材料 = 0.025UDD倍增極的二次電子發(fā)射系數(shù)倍增極的二次電子發(fā)射系數(shù)與與倍增極材料倍增極材料和和倍增極的極間電壓倍增極的極間電壓UDD有關(guān)有關(guān)0.7nDDn(0.2) UG nDDn(0.025) UG v6.3.3 暗電流暗電流 定義定義：光電倍增管在無輻射作用下的陽極輸出電流稱：光電倍增管在無輻射作用下的陽極輸

14、出電流稱為暗電流，記為為暗電流，記為ID。特點(diǎn)特點(diǎn)：光電倍增管的暗電流值在正常應(yīng)用的情況下是：光電倍增管的暗電流值在正常應(yīng)用的情況下是很小的，一般為很小的，一般為1010-16-1610-10A，是所有光電探測器件中是所有光電探測器件中暗電流最低的器件暗電流最低的器件。 影響暗電流的主要因素：影響暗電流的主要因素： 歐姆漏電歐姆漏電熱發(fā)射熱發(fā)射殘余氣體放電殘余氣體放電場致發(fā)射場致發(fā)射玻璃殼放電和玻璃熒光玻璃殼放電和玻璃熒光光電倍增管的電極之間玻璃漏電、管座漏電和灰光電倍增管的電極之間玻璃漏電、管座漏電和灰塵漏電等，比較穩(wěn)定，塵漏電等，比較穩(wěn)定，對噪聲的貢獻(xiàn)小對噪聲的貢獻(xiàn)小。低電壓低電壓工作時是

15、暗電流的主要部分工作時是暗電流的主要部分。 由于光電陰極材料的光電發(fā)射閾值較低，容易產(chǎn)生熱由于光電陰極材料的光電發(fā)射閾值較低，容易產(chǎn)生熱電子發(fā)射，即使在室溫下也會有一定的熱電子發(fā)射，電子發(fā)射，即使在室溫下也會有一定的熱電子發(fā)射，并被電子倍增系統(tǒng)倍增。并被電子倍增系統(tǒng)倍增。對低頻率弱輻射光信息的探測影響嚴(yán)重對低頻率弱輻射光信息的探測影響嚴(yán)重。光電倍增管光電倍增管正常工作狀態(tài)下它是暗電流的主要成分正常工作狀態(tài)下它是暗電流的主要成分。降低光電倍增管的溫度降低光電倍增管的溫度是減小熱發(fā)射暗電流的有效方是減小熱發(fā)射暗電流的有效方法。法。 歐姆漏電歐姆漏電熱發(fā)射熱發(fā)射殘余氣體放電殘余氣體放電場致發(fā)射場致發(fā)

16、射玻璃殼放電和玻璃熒光玻璃殼放電和玻璃熒光歐姆漏電歐姆漏電熱發(fā)射熱發(fā)射殘余氣體放電殘余氣體放電場致發(fā)射場致發(fā)射玻璃殼放電和玻璃熒光玻璃殼放電和玻璃熒光光電倍增管中高速運(yùn)動的電子會使管中的殘光電倍增管中高速運(yùn)動的電子會使管中的殘余氣體電離，產(chǎn)生正離子和光子，它們也將余氣體電離，產(chǎn)生正離子和光子，它們也將被倍增，形成暗電流。這種效應(yīng)在被倍增，形成暗電流。這種效應(yīng)在工作電壓工作電壓高時特別嚴(yán)重高時特別嚴(yán)重，使倍增管工作不穩(wěn)定。，使倍增管工作不穩(wěn)定。 光電倍增管的光電倍增管的工作電壓高工作電壓高時還會引起時還會引起管內(nèi)電極尖管內(nèi)電極尖端或棱角的場強(qiáng)太高端或棱角的場強(qiáng)太高產(chǎn)生的場致發(fā)射暗電流。顯產(chǎn)生的場

17、致發(fā)射暗電流。顯然降低工作電壓場致發(fā)射暗電流也將下降。然降低工作電壓場致發(fā)射暗電流也將下降。 當(dāng)光電倍增管當(dāng)光電倍增管負(fù)高壓負(fù)高壓使用時，金使用時，金屬屏蔽層與玻璃殼之間的電場很屬屏蔽層與玻璃殼之間的電場很強(qiáng)。在強(qiáng)電場下玻璃殼可能產(chǎn)生強(qiáng)。在強(qiáng)電場下玻璃殼可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象或出現(xiàn)玻璃熒光，引起放電現(xiàn)象或出現(xiàn)玻璃熒光，引起暗電流，嚴(yán)重破壞信號。暗電流，嚴(yán)重破壞信號。v6.3.4 噪聲噪聲 光電倍增管的噪聲主要有：光電倍增管的噪聲主要有：u 散粒噪聲散粒噪聲：由陰極暗電流由陰極暗電流Id，背景輻射電流，背景輻射電流Ib以及以及信號電流信號電流Is的的散粒效應(yīng)散粒效應(yīng)所引起的。散粒噪聲電流將被所引起的。

18、散粒噪聲電流將被逐級放大，并在每一級都產(chǎn)生自身的散粒噪聲。逐級放大，并在每一級都產(chǎn)生自身的散粒噪聲。u 負(fù)載電阻的熱噪聲負(fù)載電阻的熱噪聲總噪聲電流總噪聲電流為為 fGqIRfKTIn2ka224在設(shè)計(jì)光電倍增管電路時，總是力圖使負(fù)載電阻的熱在設(shè)計(jì)光電倍增管電路時，總是力圖使負(fù)載電阻的熱噪聲遠(yuǎn)小于散粒噪聲噪聲遠(yuǎn)小于散粒噪聲 RfKTa4fGqI2k2v6.3.5 伏安特性伏安特性 1. 1. 陰極伏安特性陰極伏安特性：當(dāng)入射光電倍增管陰極面上的光通量一當(dāng)入射光電倍增管陰極面上的光通量一定時，陰極電流定時，陰極電流Ik與陰極和第一倍增極之間電壓與陰極和第一倍增極之間電壓(陰極電壓陰極電壓Uk)的關(guān)

19、系曲線。的關(guān)系曲線。特點(diǎn)特點(diǎn)：u 陰極電壓較小時，陰極電流陰極電壓較小時，陰極電流Ik隨隨Uk的增大而增加；的增大而增加；u 直到直到Uk大于一定值大于一定值(幾十伏特幾十伏特)后，陰極電流后，陰極電流Ik趨向飽和，且與趨向飽和，且與入射光通量入射光通量成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。 2. 2. 陽極伏安特性陽極伏安特性：當(dāng)入射到光電倍增管陰極面上的光通量一當(dāng)入射到光電倍增管陰極面上的光通量一定時，陽極電流定時，陽極電流Ia與陽極和末級倍增極之間電壓與陽極和末級倍增極之間電壓(為陽極電壓為陽極電壓Ua)的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。e,aaSI 飽和區(qū)飽和區(qū)：陽極電壓較低時，電：陽極電壓較低時，電子流不能

20、完全被陽極吸收。子流不能完全被陽極吸收。 當(dāng)陽極電壓增大到一定程度當(dāng)陽極電壓增大到一定程度后，電子流能完全被陽極收后，電子流能完全被陽極收集，陽極電流集，陽極電流I Ia a與入射到陰與入射到陰極面上的光通量極面上的光通量成成線性線性關(guān)關(guān)系而與陽極電壓的變化無關(guān)。系而與陽極電壓的變化無關(guān)?？傻刃榭傻刃楹懔骱懔髟刺幚怼Ｔ刺幚?。 v6.3.6 線性線性 如何表征？如何表征？光電倍增管的光電倍增管的陽極伏安特性陽極伏安特性。 造成非線性的原因：造成非線性的原因：(1)內(nèi)因，即空間電荷、光電陰極的電阻率、聚焦或內(nèi)因，即空間電荷、光電陰極的電阻率、聚焦或收集效率等的變化；收集效率等的變化；(2)外因

21、，光電倍增管輸出信號電流在負(fù)載電阻上的外因，光電倍增管輸出信號電流在負(fù)載電阻上的壓降對末級倍增極電壓產(chǎn)生負(fù)反饋和電壓的再分壓降對末級倍增極電壓產(chǎn)生負(fù)反饋和電壓的再分配破壞輸出信號的線性。配破壞輸出信號的線性。 v6.3.7 疲勞與衰老疲勞與衰老 u疲勞疲勞：在較輕輻射作用下倍增管靈敏度下降的現(xiàn)象，暫時：在較輕輻射作用下倍增管靈敏度下降的現(xiàn)象，暫時現(xiàn)象?，F(xiàn)象。u衰老衰老：正常運(yùn)用情況下，隨著工作時間積累，靈敏度逐漸：正常運(yùn)用情況下，隨著工作時間積累，靈敏度逐漸下降且不能恢復(fù)。下降且不能恢復(fù)。u靈敏度下降的原因靈敏度下降的原因：光電陰極材料和倍增極材料中一般光電陰極材料和倍增極材料中一般都含有銫金

22、屬。當(dāng)都含有銫金屬。當(dāng)電子束較強(qiáng)電子束較強(qiáng)時，電子束的碰撞會使倍增極時，電子束的碰撞會使倍增極和陰極板和陰極板溫度升高，銫金屬蒸發(fā)溫度升高，銫金屬蒸發(fā)，影響陰極和倍增極的電子，影響陰極和倍增極的電子發(fā)射能力，使靈敏度下降。發(fā)射能力，使靈敏度下降。u采取措施：限制入射的光通量使光電倍增管的輸出電流不采取措施：限制入射的光通量使光電倍增管的輸出電流不得超過極限值得超過極限值IaM，對光電倍增管進(jìn)行過電流保護(hù)。，對光電倍增管進(jìn)行過電流保護(hù)。 6.4 6.4 光電倍增管的供電電路光電倍增管的供電電路 特點(diǎn)特點(diǎn)：極高的靈敏度、快速響應(yīng)、暗電流低、：極高的靈敏度、快速響應(yīng)、暗電流低、噪聲低。噪聲低。應(yīng)用應(yīng)

23、用：光譜探測和極微弱快速光信息的探測等：光譜探測和極微弱快速光信息的探測等方面。方面。微通道板光電倍增管微通道板光電倍增管+半導(dǎo)體光電器件半導(dǎo)體光電器件例如：微通道板與例如：微通道板與CCD結(jié)合構(gòu)成具有微光圖像結(jié)合構(gòu)成具有微光圖像探測功能的圖像傳感器探測功能的圖像傳感器 ，廣泛應(yīng)用于天文觀測，廣泛應(yīng)用于天文觀測與航天工程。與航天工程。電路由電路由11個電阻構(gòu)成電阻鏈分壓器，分別向個電阻構(gòu)成電阻鏈分壓器，分別向10級倍級倍增極提供電壓增極提供電壓UDD。 v6.4.1 電阻鏈分壓型供電電路電阻鏈分壓型供電電路 u考慮到光電倍增管各倍增極的電子倍增效應(yīng)，各級的電子考慮到光電倍增管各倍增極的電子倍增

24、效應(yīng)，各級的電子流按放大倍率分布，電阻鏈分壓器中流過每級電阻的電流并流按放大倍率分布，電阻鏈分壓器中流過每級電阻的電流并不相等。不相等。u當(dāng)流過分壓電阻的電流當(dāng)流過分壓電阻的電流IR Ia時，流過各分壓電阻時，流過各分壓電阻Ri的電的電流近似相等。工程上常設(shè)計(jì)流近似相等。工程上常設(shè)計(jì) IR10Ia1、電阻鏈的設(shè)計(jì) 銻化銫倍增極材料銻化銫倍增極材料0.7DD)(2 . 0U0.7nDDn(0.2) UG 根據(jù)增益根據(jù)增益G的要求設(shè)計(jì)極間供電電壓的要求設(shè)計(jì)極間供電電壓UDD與電源電與電源電壓壓Ubb。選擇的太大將使分壓電阻功率損耗加大，倍增管溫度選擇的太大將使分壓電阻功率損耗加大，倍增管溫度升高導(dǎo)

25、致性能的降低，以至無法工作。升高導(dǎo)致性能的降低，以至無法工作。 選定電流后，可以計(jì)算出電阻鏈分壓器的總阻值選定電流后，可以計(jì)算出電阻鏈分壓器的總阻值Ru工程上常設(shè)計(jì)工程上常設(shè)計(jì) IR10IaR=Ubb/IR各分壓電阻各分壓電阻Rbbi1.5)(N1.5)(NIURRR1=1.5 Riv6.4.2 末極的并聯(lián)電容末極的并聯(lián)電容 原因原因：當(dāng)入射輻射信號為高速的迅變信號或脈沖時，末：當(dāng)入射輻射信號為高速的迅變信號或脈沖時，末3級倍增極電流變化會引起較大級倍增極電流變化會引起較大UDD的變化，引起光電的變化，引起光電倍增管增益的起伏，將破壞信息的變換。倍增管增益的起伏，將破壞信息的變換。作用作用：在

26、末：在末3極并聯(lián)極并聯(lián)3個電容個電容C1、C2與與C3，通過電容的充，通過電容的充放電過程使末放電過程使末3級電壓穩(wěn)定。級電壓穩(wěn)定。 v6.4.3 電源電壓的穩(wěn)定度電源電壓的穩(wěn)定度 光電倍增管的電流增益穩(wěn)定度與光電倍增管的電流增益穩(wěn)定度與極間電壓穩(wěn)定度極間電壓穩(wěn)定度的關(guān)系：的關(guān)系：DDDD7 . 0UUnGGbbbb7 . 0UUnGG對銻化銫倍增極對銻化銫倍增極 對銀鎂合金倍增極對銀鎂合金倍增極 bbbbUUnGG 由于光電倍增管的輸出信號由于光電倍增管的輸出信號Uo=GSkvRL，輸出信號的穩(wěn)輸出信號的穩(wěn)定度定度與增益的穩(wěn)定度有關(guān)與增益的穩(wěn)定度有關(guān) bbbbUUnGGUU 在實(shí)際應(yīng)用中常常

27、對電源電壓穩(wěn)定度的要求簡單地認(rèn)為高在實(shí)際應(yīng)用中常常對電源電壓穩(wěn)定度的要求簡單地認(rèn)為高于輸出電壓穩(wěn)定度一個數(shù)量級。例如，當(dāng)要求輸出電壓穩(wěn)定度于輸出電壓穩(wěn)定度一個數(shù)量級。例如，當(dāng)要求輸出電壓穩(wěn)定度為為1%1%時，則要求電源電壓穩(wěn)定度應(yīng)高于時，則要求電源電壓穩(wěn)定度應(yīng)高于0.1%0.1%。 例例 設(shè)入射到設(shè)入射到PMT上的最大光通量為上的最大光通量為v=1210-6lm左左右，當(dāng)采用右，當(dāng)采用GDB-235型倍增管為光電探測器，已知：型倍增管為光電探測器，已知：它的它的倍增級數(shù)為倍增級數(shù)為8級級，陰極為，陰極為SbCs材料，倍增極也為材料，倍增極也為SbCs材料，材料，陰極靈敏度為陰極靈敏度為40A/

28、lm，陽極電阻陽極電阻Ra=82k，若要求，若要求入射光通量在入射光通量在0.610-6lm時的時的輸出輸出電壓幅度不低于電壓幅度不低于0.2V，試設(shè)計(jì)該，試設(shè)計(jì)該P(yáng)MT的變換電路。的變換電路。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)PMT的變換電路的變換電路計(jì)算計(jì)算UDD、Ubb以以及電阻鏈阻值及電阻鏈阻值入射入射光通量為光通量為0.610-6lm時的時的陰極電流陰極電流為為 IK= SKv=4010-60.610-6=2410-6A56min1002. 11024439. 2KaIIG由于由于N=8，因此，因此，每一級的增益每一級的增益=4.227。0.7DD)(2 . 0UV782 . 07 . 0DDU總電源電壓總電

29、源電壓 Ubb=（N+1.5）UDD=741V 解解 (1) (1) 首先計(jì)首先計(jì)算供電電源的電壓算供電電源的電壓Iamin=UO/Ra=0.2V /82 k=2.439A此時，此時，PMT的增益的增益SbCs倍增極材料倍增極材料極間電壓極間電壓陽極電流陽極電流 (2) 計(jì)算偏置電路電阻鏈的阻值計(jì)算偏置電路電阻鏈的阻值 設(shè)流過電阻鏈的電流為設(shè)流過電阻鏈的電流為IRi，流過陽極電阻，流過陽極電阻Ra的的最大電流最大電流為為Iam=GSKvm=1.021054010-61210-6=48.96A取取IRi10 Iam，則，則 IRi=500A因此，因此，電阻鏈的阻值電阻鏈的阻值 Ri= UDD/

30、IRi=156k 取取Ri=120 k，R1=1.5Ri=180 k。若供電電壓的穩(wěn)定度只能做到若供電電壓的穩(wěn)定度只能做到0.01%，試問該，試問該P(yáng)MT變變換電路輸出信號的穩(wěn)定度最高能達(dá)到多少？換電路輸出信號的穩(wěn)定度最高能達(dá)到多少？解：解： 輸出信號電壓的穩(wěn)定度輸出信號電壓的穩(wěn)定度最高為最高為 %08. 0%01. 08bbbbUUnUU如果如果GDB-235的陽極最大輸出電流為的陽極最大輸出電流為2mA，試問陰，試問陰極面上的入射光通量不能超過多少極面上的入射光通量不能超過多少lm？解解 由于由于Iam=G SKVm 故故陰極面上的入射光通量陰極面上的入射光通量不能超過不能超過 )Lm(1049. 01040101.02102 /3653KamVmSGI6.56.5 光電倍增管的典型應(yīng)用光電倍增管的典型應(yīng)用 6.5.1 光譜探測領(lǐng)域的應(yīng)用光譜探測領(lǐng)域的應(yīng)用 微光探測、快速光子計(jì)數(shù)和微光時域分析。微光探測、快速光子計(jì)數(shù)和微光時域分析。 1 1、發(fā)射光譜、發(fā)射光譜 光柵：光譜展開光柵：