光電檢測(cè)技術(shù)5

能夠產(chǎn)生光電發(fā)射效應(yīng)的物體稱為光電發(fā)射體，光電發(fā)射體在光電器件中常與陰極相聯(lián)故又稱為光電陰極。5.1.1.光電陰極的主要參數(shù)2.量子效率

3.光譜響應(yīng)曲線

4.熱電子發(fā)射

1.靈敏度第5章真空光電器件真空光電器件是基于外光電效應(yīng)的光電探測(cè)器

結(jié)構(gòu)特點(diǎn):有一個(gè)真空管和一個(gè)光電陰極，光電陰極和其他元件都放在真空管中真空光電器件包括光電管和光電倍增管什么是光電陰極?光電倍增管具有靈敏度高、響應(yīng)迅速等特點(diǎn)，在探測(cè)微弱光信號(hào)及快速脈沖弱光信號(hào)方面是一個(gè)重要的探測(cè)器件。因此,廣泛應(yīng)用于航天、材料、生物、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)等等領(lǐng)域。

5.1光電陰極11.靈敏度光照靈敏度色光靈敏度光譜靈敏度靈敏度色溫2856K的鎢絲燈(1)光照靈敏度

在一定的白光照射下，光電陰極的光電流與入射的白光光通量之比,也稱白光靈敏度或積分靈敏度。它表示在某些特定的波長(zhǎng)區(qū)域，陰極光電流與入射光的光通量之比。(2)色光靈敏度

一般用插入不同的濾光片來(lái)獲得不同的光譜范圍，濾光片的透射比不同，它又分別稱為藍(lán)光靈敏度、紅光靈敏度及紅外靈敏。實(shí)際上是局部波長(zhǎng)范圍的積分靈敏度2

2.量子效率

陰極發(fā)射的光電子數(shù)

Ne(λ)與入射的光子數(shù)Np(λ)之比，稱為量子效率:根據(jù)定義:量子效率和光譜靈敏度之間的關(guān)系為:式中,λ單位為nm；

S(λ)為光譜靈敏度，單位為A/W。

波長(zhǎng)一定的單色光照射時(shí)，光電陰極發(fā)出的光電流與入射的單色光通量之比。(3)光譜靈敏度3

光電陰極中有一些電子的熱能有可能大于光電陰極逸出功，因而可產(chǎn)生熱電子發(fā)射。熱電子發(fā)射會(huì)引起噪聲室溫下典型光電陰極每秒每平方厘米發(fā)射的熱電子相當(dāng)于l0-16～10-17A/cm2的電流密度3.光譜響應(yīng)曲線光電陰極的光譜靈敏度與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線，稱為光譜響應(yīng)曲線。4.熱電子發(fā)射S(λ)λ/nm4光電陰極一般分為:透射型與反射型兩種。

不透明陰極通常較厚，光照射到陰極上，光電子從同一面發(fā)射出來(lái)，所以不透明光電陰極又稱為反射型陰極5.1.2.光電陰極的分類

透射型陰極通常制作在透明介質(zhì)上，光通過(guò)透明介質(zhì)后入射到光電陰極上。光電子則從光電陰極的另一邊發(fā)射出來(lái)，所以透射型陰極又稱為半透明光電陰極。

透射型陰極光電子的逸出深度是有限的，因此，所有半透明光電陰極都有一個(gè)最佳厚度。55.1.3.常用光電陰極材料

透射型光譜響應(yīng):300nm到1200nm，反射型光譜響應(yīng):300m到1100nm。Ag-O-Cs光電陰極主要應(yīng)用于近紅外探測(cè)。(1)Ag-O-Cs具有良好的可見和近紅外響應(yīng)。

金屬銻與堿金屬鋰、鈉、鉀、銫中的一種構(gòu)成的化合物，都是能形成具有穩(wěn)定光電發(fā)射的發(fā)射材料，CsSb最為常用，在紫外和可見光區(qū)的靈敏度最高。(2)單堿銻化合物(PEA)

銻和幾種堿金屬形成的化合物包括雙堿銻材料Sb-Na-K、Sb-K-Cs和三堿銻材料Sb-Na-K-Cs等，Sb-Na-K-Cs是最實(shí)用的光電陰極材料，具有高靈敏度和寬光譜響應(yīng)，其紅外端可延伸到930nm，適用于寬帶光譜測(cè)量?jī)x.(3)多堿銻化合物(PEA)(4)負(fù)電子親合能材料(NEA)

這些材料的真空能級(jí)在導(dǎo)帶之中，從而使有效的電子親和勢(shì)變?yōu)樨?fù)值，這種材料稱作負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極材料。常用的有:GaAs(Cs)和InGaAs(Cs)。（5）紫外光電陰極材料

某些應(yīng)用，要求光電陰極材料只對(duì)所探測(cè)的紫外輻射靈敏，對(duì)可見光無(wú)響應(yīng)。這種材料通常稱為“日盲”型光電陰極材料，也稱紫外光電陰極材料。目前實(shí)用的紫外光電陰極碲化銫(CsTe)和碘化銫(Csl)兩種。

長(zhǎng)波限為0.32μm長(zhǎng)波限為0.2μm

負(fù)電子親和勢(shì)材料制作的光電陰極與正電子親和勢(shì)材料光電陰極相比,具有以下四點(diǎn)特點(diǎn)c.熱電子發(fā)射小

a.量子效率高

b.光譜響應(yīng)率均勻,且光譜響應(yīng)延伸到紅外

d.光電子的能量集中6光電管主要由玻殼（光窗）、光電陰極和陽(yáng)極三部分組成

光電管內(nèi)可以抽成真空也可以充入低壓惰性氣體，所以有真空型和充氣型兩種?！?.2光電管與光電倍增管5.2.1.光電管(PT)

簡(jiǎn)述真空型和充氣型兩種光電管的工作原理?7

光電倍增管是在光電管的基礎(chǔ)上研制出來(lái)的一種真空光電器件，在結(jié)構(gòu)上增加了電子光學(xué)系統(tǒng)和電子倍增極，因此極大的提高了檢測(cè)靈敏度。

光電倍增管主要由入射窗口、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、電子倍增系統(tǒng)和陽(yáng)極五個(gè)主要部分組成。1.入射窗口

a.窗口形式光窗有側(cè)窗和端窗兩種

側(cè)窗端窗5.2.2.光電倍增管(PMT)一．光電倍增管的結(jié)構(gòu)PMT的光窗是入射光的通道側(cè)窗型光電倍增管是通過(guò)管殼的側(cè)面接收入射光，側(cè)窗式光電倍增管一般使用反射式光電陰極，而且大多數(shù)采用鼠籠式倍增極結(jié)構(gòu)這種型式一般應(yīng)用在光譜儀和發(fā)光強(qiáng)度測(cè)量中端窗式光電倍增管通常使用半透明光電陰極，光電陰極材料沉積在入射窗的內(nèi)側(cè)面端窗式光電倍增管是通過(guò)管殼的端面接收入射光8

光窗材料對(duì)光的吸收與波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越短吸收越多，所以倍增管光譜特性的短波閾值決定于光窗材料。b.PMT常用的窗口材料

硼硅玻璃:透射范圍從300nm到紅外

透紫外玻璃優(yōu)點(diǎn):紫外短波透射截止波長(zhǎng)可延伸到185nm

熔融石英（二氧化硅）優(yōu)點(diǎn):在遠(yuǎn)紫外區(qū)有相當(dāng)好的透過(guò)率，短波截止波長(zhǎng)可達(dá)到160nm

藍(lán)寶石(Al2O3晶體)特點(diǎn)是:紫外透過(guò)率處于熔融石英和透紫外玻璃之間，紫外截止波長(zhǎng)可以達(dá)到150nm。

MgF2短波透射波長(zhǎng)可到115nm

PMT常用的窗口材料硼硅玻璃透紫外玻璃熔融石英藍(lán)寶石MgF291)使光電陰極發(fā)射的光電子盡可能全部匯聚到第一倍增極上，而將其他部分的雜散熱電子散射掉，提高信噪比.倍增極收集電子的能力通常用電子收集率表示；2.電子光學(xué)系統(tǒng)

電子光學(xué)系統(tǒng)是指陰極到倍增系統(tǒng)第一倍增極之間的電極空間.包括光電陰極、聚焦極、加速極及第一倍增極。

電子光學(xué)系統(tǒng)的主要作用有兩點(diǎn)2)使陰極面上各處發(fā)射的光電子在電子光學(xué)系統(tǒng)中渡越的時(shí)間盡可能相等，這樣可以保證光電倍增管的快速響應(yīng).通常用渡越時(shí)間離散性表示。10(3)到達(dá)界面的內(nèi)二次電子中能量大于表面勢(shì)壘的電子發(fā)射到真空中，成為二次電子。當(dāng)具有足夠動(dòng)能的電子轟擊倍增極材料時(shí)，倍增極表面將發(fā)射新的電子。稱入射的電子為一次電子，從倍增極表面發(fā)射的電子為二次電子

(1)二次電子發(fā)射原理

把二次發(fā)射的電子數(shù)N2與入射的一次電子數(shù)Nl的比值定義為該材料的二次發(fā)射系數(shù)

3．電子倍增極

倍增系統(tǒng)是由許多倍增極組成，每個(gè)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)決定整管靈敏度。二次電子發(fā)射過(guò)程三個(gè)階段(1)材料吸收一次電子的能量，激發(fā)體內(nèi)電子到高能態(tài)，這些受激電子稱為內(nèi)二次電子；(2)內(nèi)二次電子中初速指向表面的那一部分向表面運(yùn)動(dòng)什么是一次和二次電子？11（2）倍增極材料(大致可分以下四類)1）銀氧銫和銻銫兩種化合物:是靈敏的光電發(fā)射體和良好的二次電子發(fā)射體。2）氧化物型:氧化鎂、氧化鋇等。3）合金型:銀鎂、鋁鎂、銅鎂、鎳鎂、銅鈹?shù)群辖?）負(fù)電子親合勢(shì)材料:銫激活的磷化鎵等

光電倍增管中的倍增極一般由幾級(jí)到十五級(jí)組成。根據(jù)電子的軌跡又可分為聚焦型和非聚焦型兩大類。

(3)倍增極結(jié)構(gòu)

聚焦不是指使電子束會(huì)聚于一點(diǎn)，而是指電子從前一級(jí)倍增極飛向后一級(jí)倍增極時(shí)，在兩電極間的電子運(yùn)動(dòng)軌跡，可能有交叉。非聚焦則是指在兩電極間的電子運(yùn)動(dòng)軌跡是平行的倍增極結(jié)構(gòu)形式:

光電倍增管的性能取決于倍增極的結(jié)構(gòu)類型和光電陰極的尺寸和聚焦系統(tǒng)。

陽(yáng)極

陽(yáng)極的作用是收集從末級(jí)倍增極發(fā)射出的二次電子。最簡(jiǎn)單常用的陽(yáng)極是柵狀陽(yáng)極。柵狀陽(yáng)極的輸出電容小，陽(yáng)極附近也不易產(chǎn)生空間電荷效應(yīng)。

鼠籠式最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，時(shí)間響應(yīng)快。

盒柵式主要特點(diǎn)是光電子收集率高，均勻性和穩(wěn)定性較好，但時(shí)間響應(yīng)稍慢一些。直線聚焦型多用于端窗式光電倍增管;主要特點(diǎn)是時(shí)間響應(yīng)很快，線性好。百葉窗式適用于端窗式光電倍增管。特點(diǎn):管子的均勻性好，輸出電流大并且穩(wěn)定，但響應(yīng)時(shí)間較慢，最高響應(yīng)頻率僅幾十兆赫。近貼柵網(wǎng)式這種結(jié)構(gòu)的光電倍增管具有極好的均勻性和脈沖線性，抗磁場(chǎng)影響能力強(qiáng)。當(dāng)陽(yáng)極采用多電極結(jié)構(gòu)時(shí)，可以做成位置敏感型器件。微通道板式微通道板式光電倍增管的響應(yīng)速度極快，抗磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)、線性好。12二.PMT的工作原理④經(jīng)過(guò)倍增后的二次電子由陽(yáng)極P收集起來(lái)，形成陽(yáng)極光電流Ip，在負(fù)載RL上產(chǎn)生信號(hào)電壓Ｕ0。①光子透過(guò)入射窗口入射在光電陰極K上②光電陰極K受光照激發(fā)，表面發(fā)射光電子③光電子被電子光學(xué)系統(tǒng)加速和聚焦后入射到第一倍增極D1上，將發(fā)射出比入射電子數(shù)更多的二次電子。入射電子經(jīng)N級(jí)倍增后，光電子數(shù)就放大N次

為了使光電子能有效地被各倍增極電極收集并倍增，陰極與第一倍增極、各倍增極之間以及末級(jí)倍增極與陽(yáng)極之間都必須施加一定的電壓。最普通的形式是在陰極和陽(yáng)極之間加上適當(dāng)?shù)母邏?，陰極接負(fù)，陽(yáng)極接正，外部并接一系列電阻，使各電極之間獲得一定的分壓，如上圖所示。13

陰極的光譜靈敏度取決于光電陰極和窗口的材料性質(zhì)。陽(yáng)極的光譜靈敏度等于陰極的光譜靈敏度與光電倍增管放大系數(shù)的乘積，而其光譜響應(yīng)曲線基本上與陰極的相同。(1)光譜響應(yīng)

靈敏度是衡量光電倍增管探測(cè)光信號(hào)能力的一個(gè)重要參數(shù):包括光譜響應(yīng),陰極靈敏度,陽(yáng)極靈敏度.§5.3PMT的主要特性參數(shù)1．靈敏度(2)陰極靈敏度

陰極的光照靈敏度定義為光陰極產(chǎn)生的光電流與入射到它上面的光通量之比

陽(yáng)極光照靈敏度表示光電倍增管在接收分布溫度為2856K的光輻射時(shí)陽(yáng)極輸出信號(hào)電流與入射到陰極上的光通量之比(3)陽(yáng)極靈敏度

與陰極靈敏度相對(duì)應(yīng)，陽(yáng)極靈敏度也有藍(lán)光靈敏度、紅光靈敏度及單色靈敏度

陽(yáng)極的光譜響應(yīng)曲線基本上與陰極的相同。14

是常數(shù)；k值與倍增極的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般為0.7~0.8。

光電倍增管倍增極的二次電子發(fā)射系數(shù)是倍增極間電壓的函數(shù)，有以下關(guān)系:放大倍數(shù)與光電倍增管所加電壓U的關(guān)系為:

從上式可知，光電倍增管的放大倍數(shù)和陽(yáng)極輸出電流隨所加電壓的次方指數(shù)變化

2.電流放大倍數(shù)由此，可得出結(jié)論：電壓的穩(wěn)定度應(yīng)比測(cè)量精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)，為什么？其中例如:要求系統(tǒng)測(cè)量精度為1%,那么所用電源電壓的穩(wěn)定度應(yīng)為0.1%15

實(shí)際使用中，為了得到比較高的信噪比S/N，所加的電源電壓必須適當(dāng)，一般工作在右圖的b段

暗電流來(lái)源：陰極或其他零件的熱發(fā)射、極間歐姆漏電、殘余氣體以及場(chǎng)致發(fā)射等的再生效應(yīng)。(1)熱電子發(fā)射是光電倍增管暗電流的主要部分。(2)歐姆漏電是指光電倍增管內(nèi)支撐電極的絕緣體如玻璃芯柱、陶瓷片、塑料管基等在高電壓下的漏電流。絕緣體的電阻率很高,但是管內(nèi)吸附有多余的堿金屬或者管外被其他贓物污染時(shí),表面電阻降低,歐姆漏電便增加.(3)當(dāng)光電倍增管的工作電壓很高時(shí)，可能產(chǎn)生電極尖端的場(chǎng)致發(fā)射和殘余氣體離子發(fā)射。3．暗電流

光電倍增管的暗電流是指在施加規(guī)定的電壓后，在無(wú)光時(shí)的陽(yáng)極電流。暗電流決定了光電倍增管的極限靈敏度。暗電流主要來(lái)源:陰極,歐姆漏電和電極尖端場(chǎng)致發(fā)射。

暗電流的產(chǎn)生與電源電壓有密切關(guān)系

低電壓時(shí)，暗電流由漏電流決定；電壓較高時(shí)，主要是熱電子發(fā)射；

電壓再大，則導(dǎo)致場(chǎng)致發(fā)射和殘余氣體離子發(fā)射，使暗電流急劇增加，甚至可能發(fā)生自持放電強(qiáng)調(diào):看書時(shí)注意理解幾個(gè)概念:離子反饋,光反饋和自持放電16(1)當(dāng)入射光通量一定時(shí)，陰極光電流與陰極和第一倍增極之間電壓(陰極電壓UK)的關(guān)系稱為陰極伏安特性。下圖為不同光通量下測(cè)得的陰極伏安特性。(2)當(dāng)入射光通量一定時(shí)，陽(yáng)極電流與最后一級(jí)倍增極和陽(yáng)極之間電壓(陽(yáng)極電壓UP)的關(guān)系稱為陽(yáng)極伏安特性.下圖為不同光通量下測(cè)得的陽(yáng)極伏安特性。5．伏安特性從圖可見，當(dāng)陰極電壓大于一定值(幾十伏)后，陰極電流開始趨向飽和，飽和電流與入射光通量成線性關(guān)系。圖中，當(dāng)陽(yáng)極電壓大于一定值后,陽(yáng)極電流趨向飽和，與入射到陰極面上的光通量成線性關(guān)系。176.噪聲光電倍增管的噪聲主要有光電器件本身的散粒噪聲和熱噪聲、負(fù)載電阻的熱噪聲、光電陰極和倍增極發(fā)射時(shí)的閃爍噪聲等。散粒噪聲中一大部分是暗電流被倍增引起的。減小噪聲和暗電流的常用有效方法是制冷。制冷對(duì)降低其它光電器件的噪聲很有效。

光電倍增管具有很寬的動(dòng)態(tài)范圍，能夠在很大光強(qiáng)變化范圍內(nèi)保持線性。但如果入射光強(qiáng)過(guò)大，輸出信號(hào)電流就會(huì)偏離理想的線性。7.線性

光電倍增管的穩(wěn)定性是指在恒定光照情況下，陽(yáng)極電流隨時(shí)間的變化。光電倍增管的穩(wěn)定性與工作電流、極間電壓、運(yùn)行時(shí)間、環(huán)境條件和光照情況等許多因素有關(guān)。

8.穩(wěn)定性

當(dāng)入射光或者所加電壓以階躍函數(shù)變化時(shí)，光電倍增管并不能輸出完全相同的階躍函數(shù)信號(hào)，這種現(xiàn)象稱為“滯后”。滯后效應(yīng)主要由于電子偏離設(shè)計(jì)的軌跡以及倍增極的陶瓷支架和玻殼等靜電作用引起的。9.滯后效應(yīng)

光電倍增管的時(shí)間響應(yīng)主要是由從光陰極發(fā)射光電子、經(jīng)過(guò)倍增極放大到到達(dá)陽(yáng)極的渡越時(shí)間，以及由每個(gè)光電子之間的渡越時(shí)間差決定的。光電倍增管的時(shí)間響應(yīng)通常用陽(yáng)極輸出脈沖的上升、下降時(shí)間、電子的渡越時(shí)間及渡越時(shí)間離散來(lái)表示。

10.時(shí)間特性

光電倍增管會(huì)受到周圍環(huán)境磁場(chǎng)的影響。磁場(chǎng)會(huì)使本來(lái)由靜電場(chǎng)確定的電子軌跡產(chǎn)生偏移。這種現(xiàn)象在陰極到第一倍增極區(qū)域最為明顯，因?yàn)樵谶@一區(qū)域，電子路徑最大。在磁場(chǎng)的作用下電子運(yùn)動(dòng)偏離正常軌跡，引起光電倍增管靈敏度下降，噪聲增加。

11.磁場(chǎng)特性

目前由于分別采用了近貼柵網(wǎng)和微通道板代替普通的倍增極結(jié)構(gòu)，這些類型的光電倍增管抗磁場(chǎng)干擾能力得到很大的加強(qiáng)，可在磁場(chǎng)強(qiáng)度很強(qiáng)的環(huán)境中使用。§5.4光電倍增管的供電和信號(hào)輸出電路

為了使光電倍增管能正常工作，通常在陰極(K)和陽(yáng)極（P）之間加上近千伏的高壓。為保證光電子能被有效地收集，光電流通過(guò)倍增系統(tǒng)能得到有效放大，還需將高壓在陰極、聚焦極、倍增極和陽(yáng)極之間按一定規(guī)律進(jìn)行分配。18

光電倍增管必須工作在高壓狀態(tài)下，一般電源電壓的穩(wěn)定性應(yīng)比光電倍增管所要求的穩(wěn)定性約高10倍。在精密的光輻射測(cè)量中，通常要求電源電壓的穩(wěn)定度達(dá)到0.01％～0.05％。

下圖所示光電倍增管常用的一種體積小巧的高壓電源模塊。輸入直流電壓為+15伏，可獲得上千伏的負(fù)高壓輸出，電壓穩(wěn)定度為0.02%～0.05%。

1.高壓電源

右下圖所示調(diào)節(jié)控制端的電阻或電壓值，輸出的電壓可以在-200伏至-1200伏之間變化?？勺冸娮枰话銥?0kΩ的精密電阻。也可以通過(guò)微機(jī)編程自動(dòng)設(shè)定高壓，根據(jù)測(cè)量的光信號(hào)強(qiáng)度可自動(dòng)調(diào)整光電倍增管測(cè)量系統(tǒng)靈敏度。19

采用陽(yáng)極接地、陰極接負(fù)高壓方式。消除了外部電路與陽(yáng)極之間的電壓差，便于電流—電壓轉(zhuǎn)換運(yùn)算放大器直接與光電倍增管相連接。但在這種陽(yáng)極接地的方案中，由于靠近光電倍增管玻殼的金屬支架或磁屏蔽套管接地，它們與陰極和倍增極之間存在比較高的電位差，結(jié)果會(huì)使某些光電子打到玻殼內(nèi)側(cè)，產(chǎn)生玻璃閃爍現(xiàn)象，從而導(dǎo)致噪聲的顯著增加.

2．高壓分壓電路(1)高壓分壓電路

光電倍增管工作時(shí)，需在陰極和陽(yáng)極之間加上五百到一千伏的高壓。該電壓將以適當(dāng)?shù)谋壤峙浣o聚焦極、倍增極和陽(yáng)極，保證光電子能被有效地收集，光電流通過(guò)倍增系統(tǒng)得到放大。實(shí)際應(yīng)用中各極間的電壓都是由連接于陽(yáng)極與陰極之間的分壓電阻所提供的，這一電路被稱為高壓分壓電路。(2)高壓分壓電路的接地方式

陰極接地,陽(yáng)極接高壓電源的方式,見右下圖.這種方法,必須使用耐高壓的耦合電容來(lái)輸出信號(hào).可見,這種方式只適合于交流或脈沖信號(hào)的測(cè)量.強(qiáng)調(diào):為了保證陰極,聚焦極,倍增極和陽(yáng)極之間電壓的穩(wěn)定,可在陰極與第一倍增極之間和陽(yáng)極與最末一級(jí)倍增極之間采用齊納二極管代替電阻.20

流經(jīng)分壓電路的電流被稱為分壓電流，該電流與光電倍增管輸出電流的線性有著密切關(guān)系。分壓電流約等于供電電壓除以各分壓電阻阻值的和。無(wú)論是陽(yáng)極還是陰極接地，無(wú)論是直流還是脈沖信號(hào)工作，當(dāng)入射到PMT光陰極的光通量增加時(shí)，輸出電流也隨著相應(yīng)增加。3.分壓電流與輸出線性的關(guān)系

入射光通量與陽(yáng)極電流理想的線性關(guān)系,從一個(gè)特定的電流值(B段)開始發(fā)生變化，并最終使PMT的輸出飽和(C段)。21(2)當(dāng)輸出信號(hào)的線性要求較高時(shí)，選擇的負(fù)載電阻應(yīng)使信號(hào)電流在它上面產(chǎn)生的壓降在幾伏以下(一)用負(fù)載電阻實(shí)現(xiàn)電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的負(fù)載電阻為RL,放大器的輸入阻抗為Rin.

PMT陽(yáng)極與導(dǎo)線電容雜散電容及其他各極間的總電容為Cs,那么截止頻率可以由下面的等式給出4.信號(hào)輸出方式選擇負(fù)載電阻時(shí)要注意三點(diǎn)

在頻響要求比較高的場(chǎng)合，負(fù)載電阻應(yīng)盡可能小一些(3)負(fù)載電阻應(yīng)比放大器的輸入阻抗小得多PMT的響應(yīng)能力受到后繼輸出電路的截止頻率的限制.PMT的有效負(fù)載電阻由RL和Rin并聯(lián)結(jié)果決定.22由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流—電壓轉(zhuǎn)換電路

為了防止PMT輸出端發(fā)出高壓，采用一只電阻RP和二極管VDl及VD2組成保護(hù)電路,可防止前置放大器被損壞。這兩個(gè)二極管應(yīng)有最小的漏電流和結(jié)電容，通常采用一個(gè)小信號(hào)放大晶體管的B-E結(jié)。RP的選擇有講究;太小起不到保護(hù)作用,太大測(cè)量大電流時(shí)有誤差,一般為幾千歐~幾十千歐.(二)用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電流-電壓轉(zhuǎn)換-+-+由于運(yùn)算放大器的輸入阻抗非常高，光電倍增管的輸出電流被阻隔在運(yùn)算放大器的反相輸人端外。因此，大多數(shù)的輸出電流流過(guò)反饋電阻Rf，這樣一個(gè)值為IPRf電壓就分配在Rf上。另一方面，運(yùn)算放大器的開環(huán)增益高達(dá)105，其反相輸入端的電位與同相輸入端的電位保持虛地。因此，運(yùn)算放大器的輸出電壓Uo等于分配在電阻Rf上的電壓，即

U0=-IPRf.

23要知道什么是微通道板,先看什么是微通道?

MCP光電倍增管尺寸縮小，電子渡越時(shí)間短，陽(yáng)極電流上升時(shí)間幾乎降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，有可能響應(yīng)更窄的脈沖或更高頻率的輻射

MCP廣泛用于PMT,像增強(qiáng)器,微光電視,X光像增強(qiáng)器,高速示波管,以及光子計(jì)數(shù),X射線,紫外光子,電子,離子,帶電粒子等的探測(cè).

MCP是一種先進(jìn)的具有傳輸增強(qiáng)電子圖象功能的電子倍增器,具有體積小,重量輕,分辨力好,增益高,噪聲低,工作電壓低.

MCP是一個(gè)含有許多小孔(通道)且表面涂有金屬膜的小玻璃盤,具有二次電子發(fā)射特性.

微通道是一根根很細(xì)的玻璃管。內(nèi)壁鍍有高阻的二次發(fā)射材料，加高電壓后內(nèi)壁將出現(xiàn)電位梯度，光電陰極發(fā)出的一次電子轟擊微通道的一端，發(fā)射出的二次電子因電場(chǎng)加速而轟擊另一處，再發(fā)射二次電子，這樣連續(xù)多次發(fā)射二次電子，可獲得約104的增益?！?.5微通道板光電倍增管

用微通道板代替PMT中的電子倍增極，就構(gòu)成微通道板光電倍增管(MCP光電倍增管)。那么什么是微通道板?

大約有200-300萬(wàn)個(gè)小孔,一個(gè)小孔對(duì)應(yīng)一個(gè)通道,小孔的數(shù)目在很大程度上決定了它的分辨率

微通道板是由成千上萬(wàn)根直徑為15～40μm、長(zhǎng)度為0.6～1.6mm的微通道排成的二維列陣，簡(jiǎn)稱MCP。24

為了獲得較高的增益，通道的長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)。由于通道中存在殘余離子，這些正離子與電子的移動(dòng)方向相反，撞擊管壁時(shí)將釋放出更多的二次電子，有可能產(chǎn)生雪崩擊穿；或者在負(fù)端離開通道，破壞光電陰極。所以一般將通道制成人字形或z形的折線通道，以減小離子自由飛行的路程，和由離子轟擊發(fā)射的二次電子。帶有兩個(gè)串聯(lián)的MCP光電倍增管的基本電路25二、極微弱光信號(hào)的探測(cè)——光子計(jì)數(shù)§5.6光電倍增管的應(yīng)用

PMT具有靈敏度高和響應(yīng)快特點(diǎn)，目前仍然是最常用的光電探測(cè)器之一，而且在許多場(chǎng)合還是唯一適用的光電探測(cè)器

PMT可用來(lái)測(cè)量光源在某個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射功率。它在元素的成分鑒定、各種化學(xué)分析和冶金學(xué)分析儀器中都有廣泛的應(yīng)用。

PMT放大倍數(shù)很高，常用來(lái)進(jìn)行光子計(jì)數(shù)。當(dāng)測(cè)量光微弱到一定的水平時(shí)，探測(cè)器本身的背景噪聲(熱噪聲、散粒噪聲等)給測(cè)量帶來(lái)很大的困難。

一、光譜測(cè)量26三、射線的探測(cè)1.閃爍計(jì)數(shù)

閃爍計(jì)數(shù)是將閃爍晶體與光電倍增管結(jié)合在一起探測(cè)高能粒子的有效方法。常用的閃爍體是NaI(TI)，用端窗式光電倍增管與之配合。當(dāng)高能粒子照到閃爍體上時(shí)，它產(chǎn)生光輻射并由倍增管接收轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，而且，光電倍增管輸出脈沖的幅度與粒子的能量成正比。272.在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

射線探測(cè)在核醫(yī)學(xué)在醫(yī)學(xué)上已經(jīng)應(yīng)用的PET(PositionEmissionTomography)系統(tǒng)，這種正電子CT與一般CT的區(qū)別在于它可以對(duì)生物的動(dòng)機(jī)能進(jìn)行診斷

28正確使用光電倍增管，應(yīng)該注意如下幾點(diǎn)1.陽(yáng)極電流要小于1μA，以減緩疲勞和老化效應(yīng)。2.分壓器中流過(guò)的電流應(yīng)大于陽(yáng)極最大電流的1000倍，但是不應(yīng)過(guò)分加大，以免發(fā)熱。3.高壓電源的穩(wěn)定性必須達(dá)到測(cè)量精度的10倍以上。電壓的紋波系數(shù)一般應(yīng)小于0.001%。4.陰極和第一倍增極之間、末級(jí)倍增極和陽(yáng)極之間的級(jí)間電壓應(yīng)設(shè)計(jì)得與總電壓無(wú)關(guān)。5.用運(yùn)算放大器作光電倍增管輸出信號(hào)的電流電壓變換，可獲好的信噪比和線性度。6.電磁屏蔽時(shí)最好使屏蔽筒與陰極處于相同電位。2912.光電倍增管參數(shù)的離散性很大，要獲得確切的參數(shù)，只能逐個(gè)測(cè)定。

7.光電倍增管使用前應(yīng)接通高壓電源，在黑暗中放置幾小時(shí)。不用時(shí)應(yīng)貯存在黑暗中。8.光電倍增管的冷卻溫度一般取-20℃9.在光電陰極前放置優(yōu)質(zhì)的漫射器，可減少因陰極區(qū)域靈敏度不同而產(chǎn)生的誤差。10.光電倍增管不能在有氦氣的