第5章真空光電器件

1、第第5章章 真空光電器件真空光電器件5.4 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5.1 光電陰極光電陰極5.2 光電管與光電倍增管光電管與光電倍增管5.3 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)5.5 微通道板光電倍增管微通道板光電倍增管5.6 光電倍增管的應(yīng)用光電倍增管的應(yīng)用見(jiàn)見(jiàn)P18真空光電器件工作原理真空光電器件工作原理真空光電探測(cè)器是基于真空光電探測(cè)器是基于外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)的探測(cè)器，也稱(chēng)光電的探測(cè)器，也稱(chēng)光電子發(fā)射探測(cè)器。在光輻射照射下，探測(cè)器內(nèi)的光敏材料子發(fā)射探測(cè)器。在光輻射照射下，探測(cè)器內(nèi)的光敏材料的電子得到足夠的能量后，就會(huì)逸出光敏材料表面而

2、進(jìn)的電子得到足夠的能量后，就會(huì)逸出光敏材料表面而進(jìn)入外界空間，入外界空間，在空間電場(chǎng)的作用下便形成光電流在空間電場(chǎng)的作用下便形成光電流。光電倍增管光電倍增管真空光電器件的分類(lèi)真空光電器件的分類(lèi)光電管光電管真空型真空型充氣型充氣型均包括光電陰極、陽(yáng)極、真空玻璃殼均包括光電陰極、陽(yáng)極、真空玻璃殼 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：非成像器件非成像器件成像器件成像器件在光電管、光電倍增管、變像管、像增強(qiáng)器和一些攝像管等光電在光電管、光電倍增管、變像管、像增強(qiáng)器和一些攝像管等光電器件中，使用不同波長(zhǎng)的輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，均依靠光電陰器件中，使用不同波長(zhǎng)的輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，均依靠光電陰極，因此極，因此光電陰極光電陰極關(guān)

3、系到光電器件的光電器件的各項(xiàng)光電性能，關(guān)系到光電器件的光電器件的各項(xiàng)光電性能，是一個(gè)相當(dāng)重要的光電器件是一個(gè)相當(dāng)重要的光電器件5.1 光電陰極光電發(fā)射體：光電發(fā)射體：能夠產(chǎn)生光電發(fā)射效應(yīng)的物體能夠產(chǎn)生光電發(fā)射效應(yīng)的物體光電陰極：光電陰極：光電發(fā)射體常作為光電器件的陰極，故又稱(chēng)為光電光電發(fā)射體常作為光電器件的陰極，故又稱(chēng)為光電陰極，它是把光電發(fā)射體鍍?cè)诮饘倩蛲该鞑牧仙暇完帢O，它是把光電發(fā)射體鍍?cè)诮饘倩蛲该鞑牧仙暇椭瞥闪斯怆婈帢O制成了光電陰極5.1.1 光電陰極的主要參數(shù)光電陰極的主要參數(shù)量子效率量子效率 光譜響應(yīng)曲線光譜響應(yīng)曲線 熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射 靈敏度靈敏度光照靈敏度光照靈敏度色光靈敏度色

4、光靈敏度光譜靈敏度光譜靈敏度1、靈敏度、靈敏度 圖圖5-1光照靈敏度光照靈敏度 在一定的在一定的白光白光照射下，光電陰極的光電流與入射的白光光通量之比。所照射下，光電陰極的光電流與入射的白光光通量之比。所以也稱(chēng)白光靈敏度或積分靈敏度。以也稱(chēng)白光靈敏度或積分靈敏度。色光靈敏度色光靈敏度 就是局部波長(zhǎng)范圍的積分靈敏度。它表示就是局部波長(zhǎng)范圍的積分靈敏度。它表示在某些特定的波長(zhǎng)區(qū)域在某些特定的波長(zhǎng)區(qū)域，陰極，陰極光電流與入射光的光通量之比。光電流與入射光的光通量之比。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(圖圖5-

5、1)，它又分別稱(chēng)為藍(lán)光靈敏度、紅光靈敏度及紅外靈敏。，它又分別稱(chēng)為藍(lán)光靈敏度、紅光靈敏度及紅外靈敏。光譜靈敏度光譜靈敏度 確定波長(zhǎng)的單色光照射時(shí)確定波長(zhǎng)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，光電陰極發(fā)出的光電流與入射的單色光通量之比。之比。色溫色溫2856K的鎢絲燈的鎢絲燈光電陰極受特定波長(zhǎng)的光照射時(shí)，設(shè)光電陰極受特定波長(zhǎng)的光照射時(shí)，設(shè)陰極發(fā)射的光電子數(shù)陰極發(fā)射的光電子數(shù) N Ne e()()與入射的光子數(shù)與入射的光子數(shù) N Np p( () )之比，稱(chēng)為量子效率之比，稱(chēng)為量子效率: :Q Q ()= N Ne e()/ N()/ Np p()()1240)()(/ )(/

6、)()(SqhcShvqIQe式中式中單位為單位為nmnm；s(s() )為光譜靈敏度，單位為為光譜靈敏度，單位為A AW W光電陰極的光譜靈敏度與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線，稱(chēng)為光譜響光電陰極的光譜靈敏度與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線，稱(chēng)為光譜響應(yīng)曲線。應(yīng)曲線。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，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，因而可因而可產(chǎn)生熱電子發(fā)射產(chǎn)生熱電子發(fā)射,室溫下典型光電陰極每秒每平方厘米發(fā)射的熱電子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)于相當(dāng)于l0-16 10-17A/cm2的電流密度。的電流密度。但這些熱電子發(fā)射會(huì)引起噪但這些熱電子發(fā)射會(huì)引起噪

7、聲。聲。2、量子效率、量子效率3、光譜響應(yīng)曲線、光譜響應(yīng)曲線4、熱電子發(fā)射、熱電子發(fā)射量子效率和光譜靈敏量子效率和光譜靈敏度之間的關(guān)系如右：度之間的關(guān)系如右： 不透明陰極通常較厚，不透明陰極通常較厚，光照射到陰極上，光電子從光照射到陰極上，光電子從同一面發(fā)射出來(lái)，所以不透同一面發(fā)射出來(lái)，所以不透明光電陰極又稱(chēng)為明光電陰極又稱(chēng)為反射型陰極反射型陰極 透射型陰極通常制作在透明介質(zhì)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)后入射到光電陰上，光通過(guò)透明介質(zhì)后入射到光電陰極上。極上。 光電子則從光電陰極的另一邊發(fā)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(chēng)為射出來(lái)，所以透射型陰極又稱(chēng)為半透

8、半透明光電陰極明光電陰極 光電子的逸出深度是有限的，光電子的逸出深度是有限的，因此，所有半透明光電陰極都因此，所有半透明光電陰極都有一個(gè)有一個(gè)最佳厚度最佳厚度。5.1.2 光電陰極的分類(lèi)光電陰極的分類(lèi)光電陰極一般分為透射型與反射型兩種。光電陰極一般分為透射型與反射型兩種。 具有良好的可見(jiàn)和近紅外響應(yīng)。具有良好的可見(jiàn)和近紅外響應(yīng)。 透射型光譜響應(yīng)透射型光譜響應(yīng): 300nm到到1200nm 反射型光譜響應(yīng)反射型光譜響應(yīng): 300m到到1100nm Ag-O-Cs光電陰極主要光電陰極主要應(yīng)用于近紅外探測(cè)應(yīng)用于近紅外探測(cè)，也是紅外波段唯一可用的經(jīng)典光也是紅外波段唯一可用的經(jīng)典光 電發(fā)射材料。但量子效

9、率極低，暗電流大。電發(fā)射材料。但量子效率極低，暗電流大。(2)單堿銻化合物單堿銻化合物 (PEA) 以金屬銻與堿金屬如鋰、鈉、鉀、銫中的一種構(gòu)成的化合物，以金屬銻與堿金屬如鋰、鈉、鉀、銫中的一種構(gòu)成的化合物， 都是能形都是能形 成具有穩(wěn)定光電發(fā)射的發(fā)射材料，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(jiàn)光區(qū)的靈敏度最為常用，在紫外和可見(jiàn)光區(qū)的靈敏度最高。最高。量子效率高，在藍(lán)光區(qū)高達(dá)量子效率高，在藍(lán)光區(qū)高達(dá)30%比比Ag-O-Cs 高高30倍。適用于強(qiáng)光測(cè)量。倍。適用于強(qiáng)光測(cè)量。(3)多堿銻化合物多堿銻化合物 (PEA) 是指銻是指銻Sb和幾種堿金屬形成的化合物和幾種堿金屬形成

10、的化合物 包括雙堿銻材料包括雙堿銻材料Sb-Na-K、Sb-K-Cs和三堿銻材料和三堿銻材料Sb-Na-K-Cs等，等， Sb-Na-K-Cs是最實(shí)用的光電陰極材料，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)，其紅外端具有高靈敏度和寬光譜響應(yīng)，其紅外端可延伸到可延伸到930nm，適用于寬帶光譜測(cè)量?jī)x。，適用于寬帶光譜測(cè)量?jī)x。(4) 負(fù)電子親合能材料負(fù)電子親合能材料 (NEA) 它們的真空能級(jí)降到導(dǎo)帶之下，從而使有效的電子親和勢(shì)變?yōu)樨?fù)值，它們的真空能級(jí)降到導(dǎo)帶之下，從而使有效的電子親和勢(shì)變?yōu)樨?fù)值， 這種這種材料稱(chēng)作負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極材料。材料稱(chēng)作負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極材料。5.1.3 常用

11、光電陰極材料常用光電陰極材料(正電子親和勢(shì)正電子親和勢(shì)(PEA)類(lèi)型材料類(lèi)型材料)(1)Ag-O-Cs材料材料負(fù)電子親和勢(shì)負(fù)電子親和勢(shì)材料制作的光電陰極與材料制作的光電陰極與正電子親勢(shì)正電子親勢(shì)材料光電陰極相比材料光電陰極相比具有以下四點(diǎn)特點(diǎn)：具有以下四點(diǎn)特點(diǎn)：真空能級(jí)位于真空能級(jí)位于導(dǎo)帶之上導(dǎo)帶之上 表面區(qū)域能帶彎曲，真空表面區(qū)域能帶彎曲，真空能級(jí)降到導(dǎo)帶之下能級(jí)降到導(dǎo)帶之下 1、子效率高、子效率高 2、光譜響應(yīng)率均勻、光譜響應(yīng)率均勻 ，且光譜響應(yīng)延伸到紅外，且光譜響應(yīng)延伸到紅外3、熱電子發(fā)射小、熱電子發(fā)射小 4、光電子的能量集中、光電子的能量集中 在某些應(yīng)用中，要求光電陰極材料只對(duì)所探測(cè)的

12、紫外在某些應(yīng)用中，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(jiàn)光無(wú)響應(yīng)。輻射靈敏，對(duì)可見(jiàn)光無(wú)響應(yīng)。這種材料通常稱(chēng)為這種材料通常稱(chēng)為“日盲日盲”型光電陰極材料，也稱(chēng)紫型光電陰極材料，也稱(chēng)紫外光電陰極材料外光電陰極材料 目前實(shí)用的紫外光電陰極碲化銫目前實(shí)用的紫外光電陰極碲化銫(CsTe)和碘化銫和碘化銫(Csl)兩種。兩種。 長(zhǎng)波限為長(zhǎng)波限為0.32m長(zhǎng)波限為長(zhǎng)波限為0.2m（5）紫外光電陰極材料）紫外光電陰極材料良好的光電陰極材料的應(yīng)具備的標(biāo)準(zhǔn)：良好的光電陰極材料的應(yīng)具備的標(biāo)準(zhǔn)：（1）光吸收系數(shù)大；）光吸收系數(shù)大；（2）光電子在體內(nèi)傳輸時(shí)受到的能量損失小，）光電子在體內(nèi)傳輸時(shí)受到的能量損失小

13、， 使逸出深度大；使逸出深度大；（3）表面勢(shì)壘低（電子親和力?。?，使電子從）表面勢(shì)壘低（電子親和力?。?，使電子從表面逸出的概率大；表面逸出的概率大；（4）熱電子發(fā)射系數(shù)小。）熱電子發(fā)射系數(shù)小。 光電陰極材料的分類(lèi)：光電陰極材料的分類(lèi)：5.2.1 光電管光電管(PT)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：光電管主要由玻殼（光窗）、光光電管主要由玻殼（光窗）、光電陰極和陽(yáng)極三部分組成電陰極和陽(yáng)極三部分組成分類(lèi)：分類(lèi)：光電管內(nèi)可以抽成真空也可以充入低光電管內(nèi)可以抽成真空也可以充入低壓惰性氣體的不同，壓惰性氣體的不同， 所以有所以有真空型和充氣型兩真空型和充氣型兩種。種。5.2 光電管與光電倍增管光電管與光電倍增管工作原理：工

14、作原理：當(dāng)光通過(guò)光電管壁上的窗口當(dāng)光通過(guò)光電管壁上的窗口照射到光電陰極面上時(shí)，光電子就從陰照射到光電陰極面上時(shí)，光電子就從陰極發(fā)射出來(lái)，在電場(chǎng)作用下向陽(yáng)極加速極發(fā)射出來(lái)，在電場(chǎng)作用下向陽(yáng)極加速動(dòng)，被高電位的陽(yáng)極所收集，在外電路動(dòng)，被高電位的陽(yáng)極所收集，在外電路形成光電流。此光電流主要由陰極的光形成光電流。此光電流主要由陰極的光電靈敏度和光照強(qiáng)度決定。電靈敏度和光照強(qiáng)度決定。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，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

15、檢測(cè)靈敏度。檢測(cè)靈敏度。利用外光電效應(yīng)和二次電子發(fā)射相結(jié)合利用外光電效應(yīng)和二次電子發(fā)射相結(jié)合 把微弱的光把微弱的光輸入轉(zhuǎn)化為光電子，并使光電子獲得倍增的一種光電器件。輸入轉(zhuǎn)化為光電子，并使光電子獲得倍增的一種光電器件。5.2.2 光電倍增管光電倍增管(PMT)一、光電倍增管的結(jié)構(gòu)一、光電倍增管的結(jié)構(gòu) 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)極增系統(tǒng)和陽(yáng)極五個(gè)主要部分組成五個(gè)主要部分組成。a、窗口形式：、窗口形式： 光窗通常有光窗通常有側(cè)窗側(cè)窗和和端窗端窗兩種兩種 側(cè)窗側(cè)窗端窗端窗1、入射窗口、入射窗口b、PMT常

16、用的窗口材料常用的窗口材料 硼硅玻璃硼硅玻璃透紫外玻璃透紫外玻璃熔融石英熔融石英藍(lán)寶石藍(lán)寶石MgF2透射范圍從透射范圍從300nm到紅外到紅外,降低背景噪聲，應(yīng)用降低背景噪聲，應(yīng)用與閃爍計(jì)數(shù)與閃爍計(jì)數(shù) 優(yōu)點(diǎn)是紫外短波透射截止波長(zhǎng)可延伸到優(yōu)點(diǎn)是紫外短波透射截止波長(zhǎng)可延伸到185nm ，但化學(xué)穩(wěn)定性差，但化學(xué)穩(wěn)定性差（熔融二氧化硅）的優(yōu)點(diǎn)是在遠(yuǎn)紫外區(qū)有相當(dāng)好（熔融二氧化硅）的優(yōu)點(diǎn)是在遠(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)到的透過(guò)率，短波截止波長(zhǎng)可達(dá)到160nm ，但熱，但熱膨脹系數(shù)相差大，不適用于作芯柱材料，只用于膨脹系數(shù)相差大，不適用于作芯柱材料，只用于管子的頭管子的頭是一種是一種Al2O3

17、晶體，它的特點(diǎn)是紫外透過(guò)率處于熔晶體，它的特點(diǎn)是紫外透過(guò)率處于熔融石英和透紫外玻璃之間，但紫外截止波長(zhǎng)比石融石英和透紫外玻璃之間，但紫外截止波長(zhǎng)比石英玻璃還要短，可以達(dá)到英玻璃還要短，可以達(dá)到150nm。 短波透射波長(zhǎng)可到短波透射波長(zhǎng)可到115nm 硼硅玻璃硼硅玻璃:透紫外玻璃透紫外玻璃:熔融石英熔融石英:藍(lán)寶石藍(lán)寶石:MgF2：2、電子光學(xué)系統(tǒng)、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其中包括光電陰極、聚焦極、加速極及第一倍增極。間其中包括光電陰極、聚焦極、加速極及第一倍增極。 2)使陰極面上各處發(fā)射的光電子在電

18、子光學(xué)系統(tǒng)中渡越的時(shí)間盡使陰極面上各處發(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)渡越時(shí)間離散性間離散性 表示。表示。電子光學(xué)系統(tǒng)的主要作用有兩點(diǎn)：電子光學(xué)系統(tǒng)的主要作用有兩點(diǎn)：1)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子的能力通常用電子收集率收集率 表示；表示；0t電子光學(xué)系統(tǒng)的要求：電子光學(xué)系統(tǒng)的

19、要求：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。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。(1) 二次電子發(fā)射原理二次電子發(fā)射原理 12NN把二次發(fā)射的電子數(shù)把二次發(fā)射的電子數(shù)N2與入射的一次電子數(shù)與入射的一次電子數(shù)Nl的比值定義為該材料的的比值定義為該材料的 二次電子發(fā)射過(guò)程三個(gè)階段二次電子發(fā)射過(guò)程三個(gè)階段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(chēng)為內(nèi)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(chēng)為內(nèi)二次電子；

20、二次電子；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)；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)；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，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。成為二次電子。1）銀氧銫和銻銫兩種化合物，靈敏的光電發(fā)射體和良好的二次電子發(fā)射）銀氧銫和銻銫兩種化合物，靈敏的光電發(fā)射體和良好的二次電子發(fā)射體。體。2）氧化物型）氧化物型: 氧化鎂、氧化鋇等。氧化鎂、氧化鋇等。3）合金型）合金型: 銀鎂、鋁鎂、銅鎂、鎳鎂、銅鈹?shù)群辖稹ｃy鎂、鋁鎂、銅鎂、鎳鎂、銅鈹?shù)群辖稹?）負(fù)電子親合勢(shì)材料）負(fù)電子親合勢(shì)材料: 銫激活的磷化鎵等銫激活

21、的磷化鎵等3、電子倍增極、電子倍增極（2）倍增極材料）倍增極材料(大致可分以下四類(lèi)大致可分以下四類(lèi))二次發(fā)射系數(shù)為：二次發(fā)射系數(shù)為：根據(jù)電子的軌跡又可分為聚焦型和非聚焦型根據(jù)電子的軌跡又可分為聚焦型和非聚焦型所謂所謂聚焦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，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，加速且聚集加速且聚集。非聚焦非聚焦則是指在兩電極間的電子運(yùn)動(dòng)軌跡是平行的則是指在兩電極間的電子運(yùn)動(dòng)軌跡是平行的 ，只加速只加速。倍增極結(jié)構(gòu)形式倍增極結(jié)構(gòu)形式:(

22、3)倍增極結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu)形式倍增極結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu)形式(e)近貼柵網(wǎng)式近貼柵網(wǎng)式 (f)微通道板微通道板式式(c)直線聚焦直線聚焦 (d)百葉窗式百葉窗式 （a）鼠籠式）鼠籠式 (b)盒柵式盒柵式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由幾級(jí)帶十五級(jí)倍增極組成由幾級(jí)帶十五級(jí)倍增極組成分類(lèi)：分類(lèi)： 磁場(chǎng)平行于管軸方向磁場(chǎng)平行于管軸方向下表為六種倍增極結(jié)構(gòu)的端窗式光電倍增管的典型指標(biāo)的比較下表為六種倍增極結(jié)構(gòu)的端窗式光電倍增管的典型指標(biāo)的比較光電倍增管的性能不僅取決于倍增極的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，還取決于光電光電倍增管的性能不僅取決于倍增極的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，還取決于光電陰極的尺寸和聚焦系統(tǒng)。陰極的尺寸和聚焦系統(tǒng)。 在小的在小的Ep下面有較大的下面有較大

23、的值值 熱電子發(fā)射小熱電子發(fā)射小 在較高溫度和較大的一次電子密在較高溫度和較大的一次電子密度下，發(fā)射系數(shù)保持穩(wěn)定。度下，發(fā)射系數(shù)保持穩(wěn)定。（4）倍增極的要求）倍增極的要求4、陽(yáng)極、陽(yáng)極 陽(yáng)極的陽(yáng)極的作用作用是收集從末級(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)單常用常用的陽(yáng)極是柵狀陽(yáng)極。的陽(yáng)極是柵狀陽(yáng)極。要求要求陽(yáng)極有高的電子收集率和小的陽(yáng)極有高的電子收集率和小的輸出電容，陽(yáng)極附近也不易產(chǎn)生空間電荷效應(yīng)。輸出電容，陽(yáng)極附近也不易產(chǎn)生空間電荷效應(yīng)。二、光電倍增管的分類(lèi)二、光電倍增管的分類(lèi)如右圖所示：如右圖所示：光子透過(guò)入射窗口入射在光電陰極光子透過(guò)入射窗口入射在光電陰

24、極K上；上；光電陰極受光照激發(fā)，表面發(fā)射光電光電陰極受光照激發(fā)，表面發(fā)射光電子；子；光電子被電子光學(xué)系統(tǒng)加速和聚焦后光電子被電子光學(xué)系統(tǒng)加速和聚焦后入射到第一倍增極入射到第一倍增極D1上，倍增極將發(fā)射出上，倍增極將發(fā)射出比入射電子數(shù)目更多的二次電子。入射電比入射電子數(shù)目更多的二次電子。入射電子經(jīng)子經(jīng)N級(jí)倍增極倍增后，光電子數(shù)就放大級(jí)倍增極倍增后，光電子數(shù)就放大N次。次。經(jīng)過(guò)倍增后的二次電子由陽(yáng)極經(jīng)過(guò)倍增后的二次電子由陽(yáng)極P收集收集起來(lái)，形成陽(yáng)極光電流起來(lái)，形成陽(yáng)極光電流Ip，在負(fù)載，在負(fù)載RL上產(chǎn)上產(chǎn)生信號(hào)電壓生信號(hào)電壓V0。 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、為

25、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)極之間式是在陰極和陽(yáng)極之間加上適當(dāng)?shù)母邏杭由线m當(dāng)?shù)母邏?，陰極接負(fù)，陽(yáng)極接正，外部并接一系，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，如上圖所示列電阻，使各電極之間獲得一定的分壓，如上圖所示 。三、光電倍增管的工作原理三、光電倍增管的工作原理四、光電倍增管的優(yōu)缺點(diǎn)四、光電倍增管的優(yōu)缺點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)：、優(yōu)點(diǎn)：2、缺點(diǎn)：、缺點(diǎn)：體積小體積小結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊工作電壓低工作

26、電壓低使用方便使用方便但其暗電流比光電倍增管的暗電流大，但其暗電流比光電倍增管的暗電流大， 相應(yīng)的噪聲也較大相應(yīng)的噪聲也較大故光電倍增管更適宜于弱光探測(cè)故光電倍增管更適宜于弱光探測(cè)5.3 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)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)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) 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)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。系數(shù)的乘積，而

27、其光譜響應(yīng)曲線基本上與陰極的相同。KKIS(2)陰極靈敏度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，即它上面的光通量之比，即 陽(yáng)極光照靈敏度表示光電倍增管在接收分布溫度為陽(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)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，即陽(yáng)極輸出信號(hào)電流與入射到陰極上的光通量之比，即 PPIS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敏度及單色靈敏度 1、靈敏度、靈敏度(1)光譜響應(yīng)

28、光譜響應(yīng)(3)陽(yáng)極靈敏度陽(yáng)極靈敏度光電倍增管倍增極的光電倍增管倍增極的二次電子發(fā)射系數(shù)二次電子發(fā)射系數(shù)是倍增極間電壓的函是倍增極間電壓的函數(shù)，有以下關(guān)系數(shù)，有以下關(guān)系 是常數(shù)；是常數(shù)；k值與倍增極的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般為值與倍增極的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般為0.70.8。kNkNNNkAU1NUUMkNN1NA/那么放大倍數(shù)與光電倍增管所加電壓那么放大倍數(shù)與光電倍增管所加電壓U的關(guān)系為的關(guān)系為其中其中kN從上式可知，光電倍增管的放大倍數(shù)從上式可知，光電倍增管的放大倍數(shù)和陽(yáng)極輸出電流和陽(yáng)極輸出電流隨所加電壓的隨所加電壓的 次方指數(shù)變化次方指數(shù)變化 2、電流放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù) （增益）（增益） K

29、U暗電流來(lái)源可歸納為三類(lèi)暗電流來(lái)源可歸納為三類(lèi)：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)。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。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、塑料管基如玻璃芯柱、陶瓷片、塑料管基等等)在高電壓下的漏電流。在高電壓下的漏電流。 (3)當(dāng)光電倍增管的工作電壓很高時(shí)，電極尖端的場(chǎng)致發(fā)射和殘余氣體離子發(fā)當(dāng)光電倍增管的工作電壓很高時(shí)，電極尖端的場(chǎng)致發(fā)射和殘余氣體

30、離子發(fā)射可能在高電壓下產(chǎn)生。射可能在高電壓下產(chǎn)生。 暗電流的產(chǎn)生與電源電壓有密切關(guān)系暗電流的產(chǎn)生與電源電壓有密切關(guān)系，如下圖所示如下圖所示 在低電壓時(shí)，暗電流由漏電流決定；在低電壓時(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，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)生使暗電流急劇增加，甚至可能發(fā)生自持放電自持放電。 實(shí)際使用中，為了得到比較高的信噪比實(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)，所加的電源電壓必須適當(dāng)， 。一般工作在右圖的一般工作在右圖的b段段3

31、、暗電流、暗電流 光電倍增管的光電倍增管的暗電流是指暗電流是指在施加規(guī)定的電壓后，在無(wú)光照情況下測(cè)定的陽(yáng)在施加規(guī)定的電壓后，在無(wú)光照情況下測(cè)定的陽(yáng)極電流。暗電流決定了光電倍增管的極限靈敏度。極電流。暗電流決定了光電倍增管的極限靈敏度。光電倍增管的噪聲主要有光電器件本身的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。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

32、冷。制冷對(duì)降低。制冷對(duì)降低其它光電器件其它光電器件 的噪聲也很有效。的噪聲也很有效。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。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。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。 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)。

33、因素有關(guān)。 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(chēng)為的階躍函數(shù)信號(hào)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“滯后滯后”。 滯后效應(yīng)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。電作用引起的。 4、噪聲、噪聲5、線性、線性6、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 7、滯后效應(yīng)、滯后效應(yīng) (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)極之間電壓電壓(簡(jiǎn)稱(chēng)陽(yáng)極電壓簡(jiǎn)稱(chēng)陽(yáng)極電壓UP)

34、的關(guān)系稱(chēng)為的關(guān)系稱(chēng)為陽(yáng)極伏安特性陽(yáng)極伏安特性，右上圖為不同，右上圖為不同光通量下測(cè)得的陽(yáng)極伏安特性。圖中，當(dāng)陽(yáng)極電壓大于一定值后光通量下測(cè)得的陽(yáng)極伏安特性。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。成線性關(guān)系。 (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壓(簡(jiǎn)稱(chēng)為陰極電壓簡(jiǎn)稱(chēng)為陰極電壓UK)的關(guān)系稱(chēng)為的關(guān)系稱(chēng)為陰極伏安特性陰極伏安特性，左下左下圖為不同光圖為不同光通量下測(cè)得的陰極伏安特性。從圖可見(jiàn)，當(dāng)陰極電壓大于一定值通量下測(cè)得的陰極伏安

35、特性。從圖可見(jiàn)，當(dāng)陰極電壓大于一定值(幾十伏幾十伏)后，陰極電流開(kāi)始趨向飽和，飽和電流與入射光通量后，陰極電流開(kāi)始趨向飽和，飽和電流與入射光通量 成成線性關(guān)系線性關(guān)系 8、伏安特性、伏安特性光電倍增管的光電倍增管的時(shí)間響應(yīng)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。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。越時(shí)

36、間及渡越時(shí)間離散來(lái)表示。 幾乎所有的光電倍增管都會(huì)受到周?chē)h(huán)境磁場(chǎng)的影響。磁場(chǎng)會(huì)使本來(lái)由靜幾乎所有的光電倍增管都會(huì)受到周?chē)h(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。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)域最為這種現(xiàn)象在陰極到第一倍增極區(qū)域最為明顯明顯，因?yàn)樵谶@一區(qū)域，因?yàn)樵谶@一區(qū)域，電子路徑電子路徑最大最大。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。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。降，噪聲增加。 目前由于分別采用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(lèi)了近貼柵網(wǎng)和微通道板代替普

37、通的倍增極結(jié)構(gòu)，這些類(lèi)型的光電倍增管抗磁場(chǎng)干擾能力得到很大的加強(qiáng)，故可在強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)型的光電倍增管抗磁場(chǎng)干擾能力得到很大的加強(qiáng)，故可在強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)境中使用。境中使用。9、時(shí)間特性、時(shí)間特性 10、磁場(chǎng)特性、磁場(chǎng)特性5.4 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)輸出電路為了使光電倍增管能正常工作，通常在陰極為了使光電倍增管能正常工作，通常在陰極(K)和陽(yáng)極（和陽(yáng)極（P）之間加上近千伏）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

38、定規(guī)律進(jìn)行分配。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。1、高壓電源、高壓電源 光電倍增管必修工作在高壓狀態(tài)下，一般電源電壓的穩(wěn)定性應(yīng)比光電光電倍增管必修工作在高壓狀態(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)到電壓的穩(wěn)定度達(dá)到0.010.05。 目前，光電倍增管常用的一種體積小巧的高壓電源模塊，如左下圖所目前，光電倍增管常用的一種體積小巧的高壓電源模塊，如左下圖所示。輸入直流電壓一般為示。輸入直流電壓一般為+15伏，可獲得上千伏的負(fù)高壓

39、輸出，電壓穩(wěn)定伏，可獲得上千伏的負(fù)高壓輸出，電壓穩(wěn)定度為度為0.02%0.05%。調(diào)節(jié)控制端的電阻或電壓值，輸出的電壓可以在。調(diào)節(jié)控制端的電阻或電壓值，輸出的電壓可以在-200伏至伏至-1200伏之間變化，如右下圖所示?？勺冸娮枰话銥榉g變化，如右下圖所示?？勺冸娮枰话銥?0 k的精密的精密電阻。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)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。調(diào)整光電倍增管測(cè)量系統(tǒng)靈敏度。光電倍增管工作時(shí)，需要在陰極和陽(yáng)極之間加上光電倍增管工作時(shí)，需要在陰極和陽(yáng)極之間加上5001000V的高壓。該電壓將以

40、適當(dāng)?shù)母邏?。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，光電流通的比例分配給聚焦極、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。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(chēng)為一電路被稱(chēng)為高壓分壓電路高壓分壓電路。 如下圖所示，多數(shù)情況下采用如下圖所示，多數(shù)情況下采用陽(yáng)極接地、陰極接負(fù)高壓方式陽(yáng)極接地、陰極接負(fù)高壓方式(圖圖5-16a)。此方案消。此方案消除了外部電路與陽(yáng)極之間的電壓差，便于電流計(jì)或電流除了外部電路與

41、陽(yáng)極之間的電壓差，便于電流計(jì)或電流電壓轉(zhuǎn)換運(yùn)算放大器直接與電壓轉(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、高壓分壓電路(1)高壓分壓電路高壓分壓電路(2)高壓分壓電路的接地方式高壓分壓電路

42、的接地方式陽(yáng)極接地、陰極接地陽(yáng)極接地、陰極接地流經(jīng)分壓電路的電流流經(jīng)分壓電路的電流Jo被稱(chēng)為分壓電流，被稱(chēng)為分壓電流，該電流與光電倍增管輸出電流的線性有著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，極接地，無(wú)論是直流還是脈沖信號(hào)工作，當(dāng)入射到光電倍增管光陰極的光通量增加當(dāng)入射到光電倍增管光陰極的光通量增加時(shí)，輸出電流也隨著相應(yīng)增加。如下圖所時(shí)，輸出電流也隨著相應(yīng)增加。如下圖所示，入射光通量與陽(yáng)極電流的理想的線性示，入射光通量

43、與陽(yáng)極電流的理想的線性關(guān)系從一個(gè)特定的電流值關(guān)系從一個(gè)特定的電流值(B段段)開(kāi)始發(fā)生變開(kāi)始發(fā)生變化，并最終使光電倍增管的輸出飽和化，并最終使光電倍增管的輸出飽和(C段段)。3、分壓電流與輸出線性的關(guān)系、分壓電流與輸出線性的關(guān)系 (一一)用負(fù)載電阻實(shí)現(xiàn)電流用負(fù)載電阻實(shí)現(xiàn)電流-電壓轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn)換 電路的負(fù)載電路的負(fù)載電阻為電阻為RLPMT陽(yáng)極與包含諸如導(dǎo)線陽(yáng)極與包含諸如導(dǎo)線 電容雜散電容在內(nèi)的其他各極間的總電容為電容雜散電容在內(nèi)的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：那么截止頻率可以由下面的等式給出：LscRC21f(1)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。在頻響要

44、求比較高的場(chǎng)合，負(fù)載電阻應(yīng)盡可能小一些。(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。的壓降在幾伏以下。(3)負(fù)載電阻應(yīng)比放大器的輸入阻抗小得多。負(fù)載電阻應(yīng)比放大器的輸入阻抗小得多。4、信號(hào)輸出方式、信號(hào)輸出方式 選擇負(fù)載電阻時(shí)要注意三點(diǎn)：選擇負(fù)載電阻時(shí)要注意三點(diǎn)：下圖為一個(gè)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流下圖為一個(gè)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流電壓轉(zhuǎn)換電路。電壓轉(zhuǎn)換電路。 為了防止光電倍增管輸出端發(fā)出高壓，采用如下圖所示的由一只電阻為了防止光電倍增管輸出端發(fā)出高壓，采用如下圖所示的由一只電阻RP和和穩(wěn)

45、穩(wěn)壓二極管壓二極管VDl及及VD2組成的保護(hù)電路可以防止前置放大器被損壞。這兩個(gè)穩(wěn)壓組成的保護(hù)電路可以防止前置放大器被損壞。這兩個(gè)穩(wěn)壓二極管應(yīng)有最小的漏電流和結(jié)電容，通常采用一個(gè)小信號(hào)放大晶體管或二極管應(yīng)有最小的漏電流和結(jié)電容，通常采用一個(gè)小信號(hào)放大晶體管或FET的的G-S結(jié)。結(jié)。 (二二)用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電流用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電流-電壓轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn)換如果用微通道板代替一般光電倍增管中的電子倍增器，就構(gòu)成微通道板光電倍增如果用微通道板代替一般光電倍增管中的電子倍增器，就構(gòu)成微通道板光電倍增管管(MCP光電倍增管光電倍增管)。這種新穎的光電倍增管尺寸大為縮小，電子渡越時(shí)間很短，陽(yáng)極電流的上升時(shí)間這種

46、新穎的光電倍增管尺寸大為縮小，電子渡越時(shí)間很短，陽(yáng)極電流的上升時(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 5.5 微通道板光電倍增管微通道板光電倍增管 左下圖左下圖 所示，所示，微通道是一根根很細(xì)的玻璃管微通道是一根根很細(xì)的玻璃管。它的內(nèi)壁鍍有高阻的二次發(fā)射。它的內(nèi)壁鍍有高阻的二次發(fā)射材料，施加高電壓后內(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材料，施加高電壓后內(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，這道的一端，發(fā)射出的二次電子因電場(chǎng)

47、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，可獲得約樣連續(xù)多次發(fā)射二次電子，可獲得約104的增益。的增益。微通道板微通道板是由成千上萬(wàn)根直徑為是由成千上萬(wàn)根直徑為1540m、長(zhǎng)度為、長(zhǎng)度為0.61.6mm的微通道排成的微通道排成的二維列陣，如右上圖所示，的二維列陣，如右上圖所示，簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)MCP。 MCP工作在真空狀態(tài)。工作在真空狀態(tài)。 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

48、崩擊穿；或者在負(fù)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(kāi)通道，破壞光電陰極。所以一般將通道制成端離開(kāi)通道，破壞光電陰極。所以一般將通道制成人字形或人字形或z形形的折線通道的折線通道，以減小離子自由飛行的路程，和由離子轟擊發(fā)射，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如下光電倍增管的基本電路如下圖所示圖所示 為什么呀為什么呀?5.6 光電倍增管的應(yīng)用光電倍增管的應(yīng)用光電倍增管具有靈敏度高和響應(yīng)迅速等特點(diǎn)，目前它仍然是最常用的光電探光電倍增管具有靈敏度高和響應(yīng)迅速等特點(diǎn)，目前它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