改 4真空光電器件

1、Photoemissive detector,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱PE探測(cè)器探測(cè)器光光 電電 管：管：光電倍增管：光電倍增管：被半導(dǎo)體光電器件取代被半導(dǎo)體光電器件取代 極高靈敏度極高靈敏度 10106 6 快速響應(yīng)快速響應(yīng) pSpS應(yīng)應(yīng) 用：用：微弱光信號(hào)、快速脈沖弱光信號(hào)微弱光信號(hào)、快速脈沖弱光信號(hào)第第04章章 真空光電器件真空光電器件4.1 4.1 光電陰極光電陰極4.2 4.2 光電管和光電倍增管工作原理光電管和光電倍增管工作原理4.3 4.3 光電倍增管的主要特性參數(shù)光電倍增管的主要特性參數(shù)4.4 4.4 光電倍增管的供電和信號(hào)輸出電路光電倍增管的供電和信號(hào)輸出電路第第04章章 真空光電器件真空光

2、電器件4.1 光電陰極光電子發(fā)射探測(cè)器中的光電子發(fā)射材料光電子發(fā)射探測(cè)器中的光電子發(fā)射材料 稱為稱為光電陰極光電陰極 光電陰極光電陰極是完成光電轉(zhuǎn)換的重要部件，其性能是完成光電轉(zhuǎn)換的重要部件，其性能好壞直接影響整個(gè)光電發(fā)射器件的性能好壞直接影響整個(gè)光電發(fā)射器件的性能1、光電陰極的主要參數(shù)靈敏度 光譜響應(yīng)曲線 熱電子發(fā)射 量子效率（產(chǎn)額） 靈敏度 光照靈敏度（白光靈敏度）陰極光電流與入射白光光通量之比。 色光靈敏度特定波長(zhǎng)區(qū)的陰極電流與入射色光光通量之比。根據(jù)波長(zhǎng)區(qū)不同，有藍(lán)白、紅白和紅外白比。 光譜靈敏度單色光對(duì)應(yīng)的陰極光電流與單色輻射通量之比。 量子效率（產(chǎn)額）陰極發(fā)射的光電子數(shù)與入射的光子

3、數(shù)之比。它和光譜靈敏度是一種物理量的兩種表示 光譜響應(yīng)曲線光譜靈敏度或量子效率與入射波長(zhǎng)的關(guān)系曲線 熱電子發(fā)射少數(shù)電子的熱能大于逸出功，因而產(chǎn)生熱電子發(fā)射。引起暗電流，限制靈敏度極限。常用的光電陰極材料反射系數(shù)大、吸收系反射系數(shù)大、吸收系數(shù)小、碰撞損失能量數(shù)小、碰撞損失能量大、逸出功大大、逸出功大光吸收系數(shù)大得多，量光吸收系數(shù)大得多，量子效率比金屬大得多子效率比金屬大得多金屬：金屬：半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：0AE0AE常規(guī)光電陰極常規(guī)光電陰極負(fù)電子親和勢(shì)陰極負(fù)電子親和勢(shì)陰極 半導(dǎo)體材料廣泛用作光電陰極半導(dǎo)體材料廣泛用作光電陰極 2、常規(guī)光電陰極（1）AgOCs材料：材料： （2）單堿銻化物：）單堿銻化

4、物： （3）多堿銻化物：）多堿銻化物： 最早的光電陰極最早的光電陰極主要應(yīng)用于近紅外探測(cè)主要應(yīng)用于近紅外探測(cè) CsSb陰極最為常用陰極最為常用紫外和可見光區(qū)的靈敏度最高紫外和可見光區(qū)的靈敏度最高 Na K Sb Cs 最實(shí)用的光電陰極材料，高靈敏度、最實(shí)用的光電陰極材料，高靈敏度、寬光譜寬光譜(紫外紫外近紅外近紅外) 光電陰極只對(duì)所探測(cè)的紫外輻射信號(hào)靈敏，光電陰極只對(duì)所探測(cè)的紫外輻射信號(hào)靈敏，而對(duì)可見光無(wú)響應(yīng)，這種陰極通常稱為而對(duì)可見光無(wú)響應(yīng)，這種陰極通常稱為“日盲日盲”型光電陰極型光電陰極?！叭彰と彰ぁ毙凸怆婈帢O型光電陰極實(shí)用的兩種：實(shí)用的兩種：碲化銫碲化銫(CsTe)長(zhǎng)波限為長(zhǎng)波限為0.3

5、2m碘化銫碘化銫(Csl) 長(zhǎng)波限為長(zhǎng)波限為0.2 m。響應(yīng)范圍響應(yīng)范圍(100280nm)（4）紫外光電陰極：）紫外光電陰極： 太陽(yáng)光中的紫外光太陽(yáng)光中的紫外光大氣中的氧和臭氧層大氣中的氧和臭氧層中紫外（中紫外（0.20.3m）完全吸收完全吸收 “日盲日盲”區(qū)區(qū)近紫外（近紫外（0.30.4m）透過(guò)最多，均勻分布透過(guò)最多，均勻分布“窗口窗口”區(qū)區(qū)軍事攻擊目標(biāo)軍事攻擊目標(biāo)如飛機(jī)的尾焰如飛機(jī)的尾焰)的的紫外輻射強(qiáng)紫外輻射強(qiáng)軍事攻擊目標(biāo)擋住太陽(yáng)紫軍事攻擊目標(biāo)擋住太陽(yáng)紫外光，形成外光，形成 “暗點(diǎn)暗點(diǎn)” 在在均勻的紫外光背景之上均勻的紫外光背景之上近紫外光電陰極近紫外光電陰極“日盲日盲”型光電陰極型光

6、電陰極 軍事應(yīng)用舉例軍事應(yīng)用舉例3. 負(fù)電子親和勢(shì)陰極Negative Electron Affinity ，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱NEA 電子親和勢(shì)電子親和勢(shì)EA 真空能級(jí)與導(dǎo)帶真空能級(jí)與導(dǎo)帶底底能級(jí)之差稱為電子親和勢(shì)能級(jí)之差稱為電子親和勢(shì) 電子親和勢(shì)越小，材電子親和勢(shì)越小，材料發(fā)射光電子的能力料發(fā)射光電子的能力越強(qiáng)。越強(qiáng)。真空能級(jí)低于真空能級(jí)低于導(dǎo)帶導(dǎo)帶底底能級(jí)？能級(jí)？負(fù)負(fù)電子親和勢(shì)材料電子親和勢(shì)材料負(fù)電子親和勢(shì)材料結(jié)構(gòu)、原理負(fù)電子親和勢(shì)材料結(jié)構(gòu)、原理重?fù)诫s的重?fù)诫s的P型型硅表面涂硅表面涂極薄極薄的金屬的金屬Cs，經(jīng)過(guò)處理，經(jīng)過(guò)處理形成形成N型型的的Cs2O。 以以Si-Cs2O光電陰極為例光電陰極為

7、例Cs2OSiPNP型型Si的的電子親和勢(shì)電子親和勢(shì):N型型Cs2O電子親和勢(shì)電子親和勢(shì):EA1=E0-EC10EA2=E0-EC20Cs2OSiPN體內(nèi)原子由體內(nèi)原子由于殼層的交于殼層的交疊沒有真空疊沒有真空能級(jí)的空間能級(jí)的空間表面原子的表面原子的真空能級(jí)決真空能級(jí)決定逸出功定逸出功體內(nèi)體內(nèi)有效有效電子親和勢(shì)電子親和勢(shì): : EAe=E0-EC10Cs2OSiPN光光照照體內(nèi)價(jià)帶體內(nèi)價(jià)帶上電子上電子體內(nèi)導(dǎo)帶上電體內(nèi)導(dǎo)帶上電子（熱電子）子（熱電子）表面冷表面冷電子電子逸逸出出晶格晶格碰撞碰撞Cs2OSiNEA的優(yōu)點(diǎn)：的優(yōu)點(diǎn)：量子效率高量子效率高光譜響應(yīng)延伸到紅外區(qū)、響應(yīng)均勻光譜響應(yīng)延伸到紅外區(qū)

8、、響應(yīng)均勻光電子能量集中光電子能量集中暗電流極小暗電流極小量子效率高量子效率高表面真空能表面真空能級(jí)低于體內(nèi)級(jí)低于體內(nèi)導(dǎo)帶能級(jí)底導(dǎo)帶能級(jí)底冷電子也能溢出冷電子也能溢出量子效率高量子效率高正電子親和勢(shì)材料正電子親和勢(shì)材料負(fù)電子親和勢(shì)材料負(fù)電子親和勢(shì)材料逸出深度幾十逸出深度幾十nm逸出深度數(shù)逸出深度數(shù)umm24.1maxgE光譜響應(yīng)延伸到紅外區(qū)光譜響應(yīng)延伸到紅外區(qū)m a x1 .2 4 mgAEE正電子親和勢(shì)材料正電子親和勢(shì)材料負(fù)電子親和勢(shì)材料負(fù)電子親和勢(shì)材料光電子能量集中光電子能量集中逸出電子基本上都是體內(nèi)導(dǎo)帶低的冷電子逸出電子基本上都是體內(nèi)導(dǎo)帶低的冷電子,能量集中能量集中優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):出射電子軌跡

9、容易控制出射電子軌跡容易控制,如用于成像器件成象器如用于成像器件成象器件中分辨率極高件中分辨率極高光光照照體內(nèi)價(jià)帶體內(nèi)價(jià)帶上電子上電子體內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)帶上電帶上電子（熱子（熱電子）電子）冷電子冷電子(體內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)帶低）帶低）逸逸出出表表面面晶格晶格碰撞碰撞表面表面能量能量大于大于表面表面真空真空能級(jí)能級(jí)暗電流極小暗電流極小與光譜響應(yīng)范圍類似的正電子親和勢(shì)材料相比，與光譜響應(yīng)范圍類似的正電子親和勢(shì)材料相比，負(fù)電子親和勢(shì)材料的禁帶寬度要寬負(fù)電子親和勢(shì)材料的禁帶寬度要寬,在常溫以及在常溫以及沒有強(qiáng)電場(chǎng)情況下熱電子發(fā)射率較小沒有強(qiáng)電場(chǎng)情況下熱電子發(fā)射率較小m ax1 .2 41 .2 4 m mgAgEE

10、E4.1 4.1 光電陰極光電陰極4.2 4.2 光電管和光電倍增管的工作原理光電管和光電倍增管的工作原理4.3 4.3 光電倍增管的主要特性參數(shù)光電倍增管的主要特性參數(shù)4.4 4.4 光電倍增管的供電和信號(hào)輸出電路光電倍增管的供電和信號(hào)輸出電路第第04章章 真空光電器件真空光電器件4.2 4.2 光電管和光電倍增管的工作原理光電管和光電倍增管的工作原理4.2.1 4.2.1 光電管光電管這類管子體積較大，工作電壓高達(dá)百伏到數(shù)百伏，玻璃外殼容易破碎，無(wú)明顯優(yōu)點(diǎn).它的一般應(yīng)用目前已基本被半導(dǎo)體光電器件代替。 4.2.2 光電倍增管光電倍增管Photomultiplier, 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱PMT 4.2

11、.2 4.2.2 光電倍增管光電倍增管Photomultiplier, 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱PMT 結(jié)構(gòu)：光窗結(jié)構(gòu)：光窗 光電陰極光電陰極 電子光學(xué)系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng) 電子倍增系統(tǒng)電子倍增系統(tǒng) 陽(yáng)極陽(yáng)極長(zhǎng)波限由光電陰極決定；短波限由窗口材料決定長(zhǎng)波限由光電陰極決定；短波限由窗口材料決定PMT電流走向示意圖電流走向示意圖電阻分壓鏈供電電阻分壓鏈供電二次電子發(fā)射二次電子發(fā)射 材材 料料一次電子一次電子二次電子二次電子二次電子發(fā)射系數(shù)：二次電子發(fā)射系數(shù)： 21nn電子倍增極 由許多倍增極組成，決定整管靈敏度最關(guān)鍵由許多倍增極組成，決定整管靈敏度最關(guān)鍵部分部分 作用作用倍增倍增 10-1510-15級(jí)級(jí)倍增極倍增極

12、二次電子發(fā)射系數(shù)：二次電子發(fā)射系數(shù)： 二次發(fā)射系數(shù)二次發(fā)射系數(shù)與一次電子能量關(guān)系與一次電子能量關(guān)系增大增大Ep，值反而下降值反而下降 隨隨Ep增大而增大而增大增大原因原因一次電子能量過(guò)大一次電子能量過(guò)大,電子穿電子穿透材料的有效深度增加透材料的有效深度增加;盡盡管激發(fā)的內(nèi)二次電子增多管激發(fā)的內(nèi)二次電子增多,但許多深層內(nèi)二次電子在但許多深層內(nèi)二次電子在逸出過(guò)程中逸出過(guò)程中,由于碰撞散射由于碰撞散射而損失能量而損失能量,結(jié)果不能逸出結(jié)果不能逸出,反而使反而使減小減小 不同材料不同材料 m金屬：金屬：0.51.8半導(dǎo)體和介質(zhì)：半導(dǎo)體和介質(zhì)：56負(fù)電子親和勢(shì)材料：負(fù)電子親和勢(shì)材料：500Epmax約為

13、約為1001800eV 4.1 4.1 光電陰極光電陰極4.2 4.2 光電管和光電倍增管的結(jié)構(gòu)原理光電管和光電倍增管的結(jié)構(gòu)原理4.3 4.3 光電倍增管的主要特性參數(shù)光電倍增管的主要特性參數(shù)4.4 4.4 光電倍增管的工作電路光電倍增管的工作電路第第04章章 真空光電器件真空光電器件4.3 光電倍增管的主要特性參數(shù)1 1靈敏度靈敏度 2 2放大倍數(shù)放大倍數(shù)3 3暗電流暗電流4 4噪聲噪聲5 5伏安特性伏安特性6 6線性線性7 7穩(wěn)定性穩(wěn)定性8 8時(shí)間響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)9 9磁場(chǎng)特性磁場(chǎng)特性1010空間均勻性空間均勻性1111偏振效益偏振效益陰極光照靈敏度陰極光照靈敏度kkIS 1.靈敏度靈敏度陰極

14、靈敏度測(cè)試圖陰極靈敏度測(cè)試圖02IAL 定義定義: A光源照射，陰極光電流與光源照射，陰極光電流與入射的光通量之比入射的光通量之比陽(yáng)極光照靈敏度陽(yáng)極光照靈敏度ppIS 陽(yáng)極靈敏度測(cè)試圖陽(yáng)極靈敏度測(cè)試圖02IAL 定義定義:A光源照射，陽(yáng)極光電流與光源照射，陽(yáng)極光電流與入射的光通量之比入射的光通量之比環(huán)境溫度對(duì)光譜響應(yīng)影響大環(huán)境溫度對(duì)光譜響應(yīng)影響大科科12122放大倍數(shù) 在一定的工作電壓下，光電倍增管的陽(yáng)極信號(hào)電在一定的工作電壓下，光電倍增管的陽(yáng)極信號(hào)電流和陰極信號(hào)電流之比稱為管子的放大倍數(shù)流和陰極信號(hào)電流之比稱為管子的放大倍數(shù) 若管子有幾級(jí)倍增級(jí)，假設(shè)陽(yáng)極電子的收集率為若管子有幾級(jí)倍增級(jí)，假設(shè)

15、陽(yáng)極電子的收集率為1 若各級(jí)倍增極的電子收集率和二次電子發(fā)射系數(shù)若各級(jí)倍增極的電子收集率和二次電子發(fā)射系數(shù)均相等均相等 pK01 122nn()()()II pKIMIpK0nIIp0KnIMI放大倍數(shù)的穩(wěn)定性：nIIM0KAkdUCknnkUAnUCM10UUknMMdd一般一般 n n9 91212如如M M測(cè)量精度要求測(cè)量精度要求1%1%，U U穩(wěn)定度得穩(wěn)定度得到到0.1%0.1%。U U為總供電電壓為總供電電壓U Ud d為一次電子為一次電子加速電壓加速電壓C C為常數(shù)為常數(shù)k=0.7-0.8k=0.7-0.8 熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射 極間漏電流極間漏電流 殘余氣體的離子發(fā)射殘余氣體的離

16、子發(fā)射 玻璃閃爍玻璃閃爍 場(chǎng)致發(fā)射場(chǎng)致發(fā)射(尖端放電尖端放電) 暗電流與電壓的關(guān)系暗電流與電壓的關(guān)系 減小暗電流方法減小暗電流方法3暗電流 熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射光電陰極和前極倍增極光電陰極和前極倍增極熱電子發(fā)射在熱發(fā)射熱電子發(fā)射在熱發(fā)射電流中起主要作用（因要經(jīng)后面的倍增極放電流中起主要作用（因要經(jīng)后面的倍增極放大）大）降低溫度降低溫度是降低熱發(fā)射電流的有效方法是降低熱發(fā)射電流的有效方法 極間漏電流極間漏電流光電倍增管內(nèi)支撐電極的光電倍增管內(nèi)支撐電極的絕緣體絕緣體(如陶瓷片、如陶瓷片、玻璃元件和芯件等）在高壓下的玻璃元件和芯件等）在高壓下的歐姆漏電歐姆漏電。加上玻殼表面沾污和受潮時(shí)也會(huì)引起漏電加

17、上玻殼表面沾污和受潮時(shí)也會(huì)引起漏電 殘余氣體的離子發(fā)射殘余氣體的離子發(fā)射 殘余氣體被陽(yáng)極附近較高密度的電流轟擊電離出殘余氣體被陽(yáng)極附近較高密度的電流轟擊電離出正離子正離子，它們被電場(chǎng)加速后，轟擊陰極和前幾級(jí)，它們被電場(chǎng)加速后，轟擊陰極和前幾級(jí)倍增極而產(chǎn)生倍增極而產(chǎn)生二次電子發(fā)射二次電子發(fā)射，引起很大的輸出噪，引起很大的輸出噪聲脈沖聲脈沖 玻璃閃爍玻璃閃爍 部分部分電子電子偏離正常軌跡偏離正常軌跡打倒管壁上打倒管壁上時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃爍時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象現(xiàn)象,引起暗電流脈沖。引起暗電流脈沖。 解決辦法：管殼為解決辦法：管殼為0電位，只有電位，只有陰極接地，陽(yáng)極高陰極接地，陽(yáng)極高壓壓才不會(huì)使管殼與陰極有較大

18、的電位差。雖然這才不會(huì)使管殼與陰極有較大的電位差。雖然這樣做會(huì)使靠近陽(yáng)極的倍增極和管殼有很大的電位樣做會(huì)使靠近陽(yáng)極的倍增極和管殼有很大的電位差，但由此產(chǎn)生的玻璃閃爍暗電流很小（不會(huì)被差，但由此產(chǎn)生的玻璃閃爍暗電流很?。ú粫?huì)被放大放大) 場(chǎng)致發(fā)射場(chǎng)致發(fā)射(尖端放電尖端放電) 工作電壓較高時(shí)工作電壓較高時(shí),逸出功較小的電極其表面逸出功較小的電極其表面在強(qiáng)電場(chǎng)下亦會(huì)發(fā)出電子在強(qiáng)電場(chǎng)下亦會(huì)發(fā)出電子,引起暗電流脈沖。引起暗電流脈沖。 暗電流與電壓的關(guān)暗電流與電壓的關(guān)系系A(chǔ)段段:主要是漏電流主要是漏電流B段段:主要是熱電子主要是熱電子發(fā)射發(fā)射C段段:場(chǎng)效發(fā)射和殘場(chǎng)效發(fā)射和殘余氣體的離子發(fā)射余氣體的離子發(fā)射

19、管子一般工作在管子一般工作在B段，暗電流不至太段，暗電流不至太大，信號(hào)電流增益大，信號(hào)電流增益也能得到放大也能得到放大信號(hào)電流信號(hào)電流 減小暗電流方法減小暗電流方法直流補(bǔ)償直流補(bǔ)償選頻和鎖相放大選頻和鎖相放大 致冷致冷 電磁屏蔽電磁屏蔽 磁場(chǎng)散焦法磁場(chǎng)散焦法 直流補(bǔ)償直流補(bǔ)償 選頻和鎖相放大選頻和鎖相放大調(diào)制入射光調(diào)制入射光加選頻加選頻(LC并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路)或鎖相放大器（極或鎖相放大器（極窄的帶通濾波，頻率的自動(dòng)跟蹤能力）窄的帶通濾波，頻率的自動(dòng)跟蹤能力） 致冷致冷 熱電子發(fā)射是暗電流的主要成分。熱電子發(fā)射是暗電流的主要成分。半導(dǎo)體制冷器件可致冷到：半導(dǎo)體制冷器件可致冷到：-20度度

20、-30度度制冷時(shí)必須注意以下幾個(gè)問(wèn)題制冷時(shí)必須注意以下幾個(gè)問(wèn)題 光譜響應(yīng)隨溫度而變，所以定標(biāo)和測(cè)量時(shí)，光譜響應(yīng)隨溫度而變，所以定標(biāo)和測(cè)量時(shí)，PMT溫度必需一樣溫度必需一樣 改變光電陰極電阻（負(fù)電阻溫度系數(shù)）從而改改變光電陰極電阻（負(fù)電阻溫度系數(shù)）從而改變其電位分布，進(jìn)而影響電子光學(xué)系統(tǒng)收集率變其電位分布，進(jìn)而影響電子光學(xué)系統(tǒng)收集率 致冷導(dǎo)致水汽，散射入射光線，引起高壓漏電致冷導(dǎo)致水汽，散射入射光線，引起高壓漏電 過(guò)冷會(huì)損壞陰極，使封結(jié)處裂開過(guò)冷會(huì)損壞陰極，使封結(jié)處裂開電磁屏蔽電磁屏蔽 裝在高導(dǎo)磁率的金屬圓筒中，這能有效地防裝在高導(dǎo)磁率的金屬圓筒中，這能有效地防止周圍電磁場(chǎng)干擾止周圍電磁場(chǎng)干擾

21、磁場(chǎng)散焦法磁場(chǎng)散焦法入射光束變窄，用磁場(chǎng)散射未被照射的陰極入射光束變窄，用磁場(chǎng)散射未被照射的陰極部位暗電流部位暗電流跟蹤入射光束位置，移動(dòng)有效陰極面積至光跟蹤入射光束位置，移動(dòng)有效陰極面積至光照位置，再用散焦法減小非有效面積處暗電照位置，再用散焦法減小非有效面積處暗電流流4噪聲散粒噪聲散粒噪聲+ +閃爍噪聲閃爍噪聲+ +負(fù)載電阻熱噪聲負(fù)載電阻熱噪聲2npks22ks2 ()2 ()1(1)kdkdMiq IIfIfMIBq 陽(yáng)極散粒噪聲陽(yáng)極散粒噪聲2nk2 ()kskdiq IIf 散粒噪聲散粒噪聲陰極散粒噪聲陰極散粒噪聲為倍增系數(shù)，為倍增系數(shù)，B B一般在一般在0.5-20.5-2間取值間取

22、值閃爍噪聲閃爍噪聲由光電陰極發(fā)射的偶然起伏和倍增極材料的變由光電陰極發(fā)射的偶然起伏和倍增極材料的變化引起，是一種化引起，是一種1/f噪聲噪聲。通過(guò)通過(guò)提高輻射的調(diào)制頻率提高輻射的調(diào)制頻率和和減小通頻帶減小通頻帶降低及降低及消除該類噪聲消除該類噪聲負(fù)載電阻熱噪聲負(fù)載電阻熱噪聲主要來(lái)自負(fù)載電阻或運(yùn)算放大器的反饋電阻和主要來(lái)自負(fù)載電阻或運(yùn)算放大器的反饋電阻和運(yùn)算放大器的輸入電阻運(yùn)算放大器的輸入電阻2nt4fiKTR 總噪聲（略去閃爍噪聲）總噪聲（略去閃爍噪聲）如果如果M很大，放大器電阻熱噪聲又很小很大，放大器電阻熱噪聲又很小22nks2 ()(1)4kdfiq IIMfBKTR 信噪比（略去閃爍噪聲

23、）信噪比（略去閃爍噪聲）21/2ks()2 ()(1)4ksikdIMSfNq IIMfBKTR 1/2ks()2 ()(1)ksikdINfISq IB 噪聲等效功率噪聲等效功率1/2ks1/2ks/(/)/ 2 ()(1)2 ()(1)kskikskdkdkISNEPSNIq IIfBq IIfBS PMT 10-1510-16 W/cm.Hz1/2PIN PD10-14W/cm.Hz1/2APD 10-15W/cm.Hz1/2等效噪聲等效功率等效噪聲等效功率5伏安特性陰極伏安特性陰極伏安特性：當(dāng)入射光通量一定時(shí)：當(dāng)入射光通量一定時(shí), ,陰極光電陰極光電流與陰極和第一倍增極之間電壓流與陰極

24、和第一倍增極之間電壓( (稱為陰極電壓稱為陰極電壓V Vk k) )的關(guān)系的關(guān)系陰極電壓大到由陰極陰極電壓大到由陰極發(fā)射的電子全部被陽(yáng)發(fā)射的電子全部被陽(yáng)極收集到時(shí)，陰極電極收集到時(shí)，陰極電流呈飽和趨勢(shì)流呈飽和趨勢(shì)陽(yáng)極伏安特性：陽(yáng)極伏安特性：當(dāng)入射光通量一定時(shí)當(dāng)入射光通量一定時(shí), ,陽(yáng)極光電陽(yáng)極光電流與最后一級(jí)倍增極和陽(yáng)極間的電壓流與最后一級(jí)倍增極和陽(yáng)極間的電壓( (稱為陽(yáng)極稱為陽(yáng)極電壓電壓V Vp p) )的關(guān)系的關(guān)系交流微變等效電路交流微變等效電路 恒流源恒流源計(jì)算和分析方法相同計(jì)算和分析方法相同6線性陽(yáng)極光電流與入射于光電陰極的光通量之間的函數(shù)關(guān)系，陽(yáng)極光電流與入射于光電陰極的光通量之間的

25、函數(shù)關(guān)系，稱為倍增管的稱為倍增管的光電特性光電特性。1463%10 10lm線 性 區(qū)（1 1）弱光，例如光譜儀，開）弱光，例如光譜儀，開 狹縫狹縫（2 2）線性，用于模擬量測(cè)量時(shí)重要）線性，用于模擬量測(cè)量時(shí)重要 影響線性的原因有兩點(diǎn)：影響線性的原因有兩點(diǎn)： 內(nèi)因內(nèi)因-空間電荷、光電陰極的電阻率、聚集或收空間電荷、光電陰極的電阻率、聚集或收集效率的變化；集效率的變化； 外因外因-由于信號(hào)電流造成負(fù)載電阻的負(fù)反饋和電由于信號(hào)電流造成負(fù)載電阻的負(fù)反饋和電壓的再分配。壓的再分配。 空間電荷空間電荷靠近陽(yáng)極，空間的電子濃度很大，對(duì)于靠近陽(yáng)極，空間的電子濃度很大，對(duì)于后來(lái)射出來(lái)的的電子有排斥作用，為了降

26、低空間電荷后來(lái)射出來(lái)的的電子有排斥作用，為了降低空間電荷效應(yīng)影響，在電荷密度較高的后幾個(gè)倍增極和陽(yáng)極上效應(yīng)影響，在電荷密度較高的后幾個(gè)倍增極和陽(yáng)極上所加的電壓應(yīng)適當(dāng)?shù)靥岣?，增?qiáng)后幾個(gè)倍增極和陽(yáng)極所加的電壓應(yīng)適當(dāng)?shù)靥岣撸鰪?qiáng)后幾個(gè)倍增極和陽(yáng)極的電壓梯度。的電壓梯度。陰極電阻陰極電阻陰極只有小部分被照射時(shí)，未照射部陰極只有小部分被照射時(shí)，未照射部分會(huì)像串聯(lián)電阻那樣起作用，在陰極表面引起電位分會(huì)像串聯(lián)電阻那樣起作用，在陰極表面引起電位差，于是降低了被照射區(qū)和第一倍增極間的電壓差，于是降低了被照射區(qū)和第一倍增極間的電壓倍增極收集效率倍增極收集效率不同倍增極結(jié)構(gòu)，具有不同收不同倍增極結(jié)構(gòu)，具有不同收集效

27、率，對(duì)線性影響大集效率，對(duì)線性影響大負(fù)載電阻負(fù)載電阻當(dāng)電流流過(guò)負(fù)載電阻時(shí)，產(chǎn)生的壓當(dāng)電流流過(guò)負(fù)載電阻時(shí)，產(chǎn)生的壓降使得陽(yáng)極電壓降低，易引起陽(yáng)極的空間電荷效降使得陽(yáng)極電壓降低，易引起陽(yáng)極的空間電荷效應(yīng)，為防止負(fù)載電阻引起的非線性，可采用運(yùn)算應(yīng)，為防止負(fù)載電阻引起的非線性，可采用運(yùn)算放大器作為電流電壓的轉(zhuǎn)換器，使有效的負(fù)載電放大器作為電流電壓的轉(zhuǎn)換器，使有效的負(fù)載電阻很小阻很小電阻鏈電壓的再分配電阻鏈電壓的再分配 光電流使得接近陰極光電流使得接近陰極的各級(jí)間電壓增加，靠近陽(yáng)極的極間電壓降低，的各級(jí)間電壓增加，靠近陽(yáng)極的極間電壓降低，使光電倍增管增益增加，當(dāng)光電流進(jìn)一步增加，使光電倍增管增益增加，當(dāng)

28、光電流進(jìn)一步增加，陽(yáng)極和最末極電壓接近零，陽(yáng)極輸出電流趨向飽陽(yáng)極和最末極電壓接近零，陽(yáng)極輸出電流趨向飽和和7.穩(wěn)定性穩(wěn)定性 在長(zhǎng)期的工作過(guò)程中，靈敏度的慢漂移。在長(zhǎng)期的工作過(guò)程中，靈敏度的慢漂移。 主要是由于最后幾級(jí)倍增極受大量電子轟擊而受主要是由于最后幾級(jí)倍增極受大量電子轟擊而受損，它取決于陽(yáng)極電流的大小，與高壓無(wú)關(guān)。損，它取決于陽(yáng)極電流的大小，與高壓無(wú)關(guān)。 滯后效應(yīng)：滯后效應(yīng)： 在光電倍增管加上電壓或開始光照的短時(shí)間內(nèi)，在光電倍增管加上電壓或開始光照的短時(shí)間內(nèi)，陽(yáng)極輸出電流存在短暫的不穩(wěn)定，這種不穩(wěn)定稱陽(yáng)極輸出電流存在短暫的不穩(wěn)定，這種不穩(wěn)定稱滯后效應(yīng)。主要由于電子偏離設(shè)計(jì)的軌跡以及倍滯后

29、效應(yīng)。主要由于電子偏離設(shè)計(jì)的軌跡以及倍增管的陶瓷支架和玻璃殼等靜電作用引起的。增管的陶瓷支架和玻璃殼等靜電作用引起的。8.時(shí)間特性器件器件時(shí)間特性時(shí)間特性 (單位：?jiǎn)挝唬簄s)結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)上升時(shí)間上升時(shí)間渡越時(shí)間渡越時(shí)間渡越時(shí)間散渡越時(shí)間散差差直線聚焦型直線聚焦型0.731.350.371.1環(huán)形聚焦型環(huán)形聚焦型3.4313.6盒柵型盒柵型7577010百葉窗型百葉窗型76010e010k4pF=40nSLR C 外電路外電路時(shí)間特性時(shí)間特性 (單位：?jiǎn)挝唬簄s)影響頻率特性影響頻率特性HCe01 /1 / 2LfC R當(dāng)電路時(shí)間常數(shù)較大，倍增管的上限截止頻率：當(dāng)電路時(shí)間常數(shù)較大，倍增管的上限截

30、止頻率：倍增管的響應(yīng)時(shí)間倍增管的響應(yīng)時(shí)間輸出電路的時(shí)間常數(shù)輸出電路的時(shí)間常數(shù) 9. 磁場(chǎng)特性磁場(chǎng)特性 光電子在磁場(chǎng)作用下偏離正常運(yùn)動(dòng)軌跡，引起光電子在磁場(chǎng)作用下偏離正常運(yùn)動(dòng)軌跡，引起PMT靈敏度下降，噪聲增加靈敏度下降，噪聲增加 為減小磁場(chǎng)影響，一般在管子外面加磁屏蔽筒，為減小磁場(chǎng)影響，一般在管子外面加磁屏蔽筒，筒至少比管長(zhǎng)筒至少比管長(zhǎng)2R10.空間均勻性空間均勻性定義：由于光電陰極表面均勻性和倍增極定義：由于光電陰極表面均勻性和倍增極的結(jié)構(gòu)影響，使級(jí)間收集效率隨發(fā)射光電的結(jié)構(gòu)影響，使級(jí)間收集效率隨發(fā)射光電子的光電陰極位置變化，從而影響管的空子的光電陰極位置變化，從而影響管的空間均勻性。間均勻

31、性。11.偏振效應(yīng)偏振效應(yīng)入射光偏振方向改變時(shí)，陽(yáng)極電流響應(yīng)變化的現(xiàn)象。入射光偏振方向改變時(shí)，陽(yáng)極電流響應(yīng)變化的現(xiàn)象。安裝漫反射器以減小這種誤差安裝漫反射器以減小這種誤差科科13134.1 4.1 光電陰極光電陰極4.2 4.2 光電管和光電倍增管的結(jié)構(gòu)原理光電管和光電倍增管的結(jié)構(gòu)原理4.3 4.3 光電倍增管的主要特性參數(shù)光電倍增管的主要特性參數(shù)4.4 4.4 光電倍增管的工作電路光電倍增管的工作電路第第04章章 真空光電器件真空光電器件4.4 光電倍增管的工作電路是保證其正常工作的必要條件，在常用的是保證其正常工作的必要條件，在常用的光探測(cè)器件中，其工作電路是最為復(fù)雜的。光探測(cè)器件中，其工

32、作電路是最為復(fù)雜的。工作電路：工作電路：高壓供電電路高壓供電電路信號(hào)輸出電路信號(hào)輸出電路電阻及齊納管分壓電阻及齊納管分壓 接地方式接地方式 線性供電方式線性供電方式 電阻及齊納管分壓電阻及齊納管分壓 maxAR2010II總電壓總電壓UAK 在在10001500 V之間，倍增極極間電壓之間，倍增極極間電壓UD在在80100V之間之間實(shí)例：實(shí)例：說(shuō)明：說(shuō)明：i. 第一級(jí)對(duì)陰極電流形成影響最大第一級(jí)對(duì)陰極電流形成影響最大,高出高出2030Vii. 中間級(jí)均勻分配中間級(jí)均勻分配iii. 最后一級(jí)最后一級(jí),要高要高,克服空間電荷區(qū)的影響克服空間電荷區(qū)的影響.確定確定分壓電阻分壓電阻電阻分壓電阻分壓 齊納管穩(wěn)壓齊納管穩(wěn)壓并聯(lián)電容降低齊納管噪聲并聯(lián)電容降低齊納管噪聲 齊納管分壓齊納管分壓 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：暗電流和噪聲大。暗電流和噪聲大。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：暗電流小，噪聲低暗電流小，噪聲低陽(yáng)極接地（負(fù)高壓接法陽(yáng)極接地（負(fù)高壓接法 ）陰極接地