光電倍增管實(shí)驗(yàn)

光電倍增管特性參數(shù)

的測(cè)試

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解光電倍增管的基本特性2.學(xué)習(xí)光電倍增管基本參數(shù)的測(cè)法3.學(xué)會(huì)正確使用光電倍增管實(shí)驗(yàn)儀器

1.光電倍增管實(shí)驗(yàn)所用光電倍增管為931A型，直徑1-1/8英寸.九級(jí)倍增.側(cè)窗型光電倍增管，硼硅玻殼.銻銫光陰極.300～650nm（S-4）光譜響應(yīng)，采用特殊設(shè)計(jì)的抗滯后結(jié)構(gòu)，具有極好的輸出穩(wěn)定性。2.光電倍增管實(shí)驗(yàn)儀

照度表------測(cè)量連續(xù)光源強(qiáng)度，有調(diào)零和換檔功能。光照度調(diào)節(jié)—調(diào)節(jié)連續(xù)光源的電源電壓，從LED2輸出接到光源。脈沖寬度調(diào)節(jié)----調(diào)節(jié)脈沖光源的脈沖寬度，從LED1輸出脈沖電壓，接到光源。高壓調(diào)節(jié)----調(diào)節(jié)光電倍增管直流電壓，由“高壓輸出”輸出，接入光電倍增管“高壓輸入”，開(kāi)關(guān)撥向HV輸出0～1000V電壓，開(kāi)關(guān)撥向LV輸出0～40V電壓。電壓表------測(cè)量光電倍增管直流電壓。PMT輸入----光電倍增管電流輸入端，進(jìn)入電流檢測(cè)單元，經(jīng)處理送入電流表。電流表------測(cè)量光電倍增管輸出電流，單位為μA或nA自動(dòng)換檔。時(shí)間特性測(cè)試區(qū)----開(kāi)關(guān)撥向時(shí)間特性測(cè)試，則測(cè)試光電倍增管的時(shí)間特性，從“光脈沖”測(cè)試脈沖光源電源的脈沖電壓，從“PMT輸出”測(cè)試光電倍增管輸出的脈沖電流；開(kāi)關(guān)撥向靜態(tài)特性測(cè)試，則測(cè)試光電倍增管的靜態(tài)特性。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.暗電流的測(cè)量2.陰極靈敏度的測(cè)量3.陽(yáng)極靈敏度的測(cè)量4.光電倍增管放大倍數(shù)的測(cè)量5.光電倍增管光電特性6.光電倍增管時(shí)間特性實(shí)驗(yàn)原理

1．光電倍增管工作原理K是光電陰極、D為聚焦極D1～D10為倍增極，每一級(jí)電壓約80～150V、

A為收集電子的陽(yáng)極

K是光電陰極，受光照射時(shí)發(fā)射電子，D為聚焦極，它與陰極共同形成電子光學(xué)聚焦系統(tǒng)，將光電陰極發(fā)射的電子會(huì)聚成束并通過(guò)膜孔射向第一倍增極D1，D1～D10為倍增極，所加電壓逐級(jí)增加。每一級(jí)約80～150V，A為收集電子的陽(yáng)極。這些電極封裝在真空管內(nèi)，光電陰極附近制作光入射窗口。在高速初電子的激發(fā)下，第一倍增極被激發(fā)出若干二次電子，這些電子在電場(chǎng)的作用下，又射向第二倍增極，又引起第二倍增極更多的二次電子發(fā)射……，此過(guò)程一直繼續(xù)D10。最后經(jīng)倍增的電子被陽(yáng)極A收集而輸出電流，在負(fù)載RL上產(chǎn)生信號(hào)電壓。2.倍增管的主要特性參數(shù)包括靈敏度.光譜響應(yīng)度.電流增益.伏安特性.暗電流.線性和時(shí)間特性等。1）靈敏度

陰極靈敏度SK定義：光電陰極的飽和光電流Ik除以入射到陰極的光通量Φ所得的商陰極光照靈敏度只與光電陰極的材料和光電倍增管的結(jié)構(gòu)有關(guān)。測(cè)量時(shí)，陰極為一極，其它各極連在一起為另一極，使從陽(yáng)極測(cè)得的電流沒(méi)有倍增。光通量要適當(dāng)，太大會(huì)由于光電陰極層的電阻損耗會(huì)引起測(cè)量誤差；太小會(huì)由于歐姆漏電流影響使光電流的測(cè)量精度降低，通常選在10-9～10-2lm的數(shù)量級(jí)。陽(yáng)極靈敏度陽(yáng)極光照靈敏度是指光電倍增管在一定工作電壓下，陽(yáng)極輸出光電流與入射到陰極的光通量的比值：陽(yáng)極光照靈敏度除與光電陰極的材料和光電倍增管的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與工作電壓有關(guān)。而且公式中的要保證光電倍增管處于正常的線性工作狀態(tài)，若在飽和狀態(tài)，光通量變化時(shí)電流并不改變，測(cè)得的靈敏度就沒(méi)有意義。因此測(cè)量時(shí)所用光通量比測(cè)陰極靈敏度時(shí)要小很多。2）放大倍數(shù)(電流增益)G放大倍數(shù)G(電流增益)定義為在一定的入射光通量和陽(yáng)極電壓下，陽(yáng)極電流與陰極電流IK間的比值。也可以由在一定工作電壓下陽(yáng)極靈敏度和陰極靈敏度的比值來(lái)確定，即放大倍數(shù)G取決于系統(tǒng)的倍增能力，因此它是工作電壓的函數(shù)。3）暗電流Id當(dāng)光電倍增管在完全黑暗的情況下工作時(shí)，在陽(yáng)極電路里仍然會(huì)出現(xiàn)輸出電流，稱(chēng)為暗電流，暗電流與陽(yáng)極電壓有關(guān)，通常是在與指定陽(yáng)極光照靈敏度相應(yīng)的陽(yáng)極電壓下測(cè)定的。4）伏安特性（陽(yáng)極伏安特性）定義為當(dāng)光照度E一定時(shí)，陽(yáng)極電流Ip和陽(yáng)極與陰極之間的總電壓（陽(yáng)極電壓）VA的關(guān)系。

5）線性線性是指在一定的工作電壓下，陽(yáng)極輸出電流IP與光照度E的線性關(guān)系，也稱(chēng)光電特性，是光電測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)。影響線性的原因很多，除與光電倍增管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)外，在很大程度上取決于外部高壓供電電路及信號(hào)輸出電路。這里僅就高壓供電電路加以分析。流過(guò)分壓電路的電流Ib與光電倍增管輸出信號(hào)的線性密切相關(guān)，分壓電阻的取值應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。隨著光通量的增加，陽(yáng)極電流Ia也相應(yīng)增加。當(dāng)光通量進(jìn)一步增大并超過(guò)某一定值后，陽(yáng)極電流與光通量之間會(huì)偏離線性關(guān)系，甚至使光電倍增管進(jìn)入飽和狀態(tài)，如下圖所示光電倍增管的光電特性5）時(shí)間特性由于電子在倍增過(guò)程中的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)以及電子的初速效應(yīng)和軌道效應(yīng)，從陰極同時(shí)發(fā)出的電子到達(dá)陽(yáng)極的時(shí)間是不同的，因此，輸出信號(hào)相對(duì)于輸入信號(hào)會(huì)出現(xiàn)展寬和延遲現(xiàn)象，這就是光電倍增管的時(shí)間特性。操作步驟：

1.暗電流測(cè)量1）將“陰極電流/陽(yáng)極電流”開(kāi)關(guān)打到“陽(yáng)極電流”檔；2）將實(shí)驗(yàn)箱上的“HV/LV”開(kāi)關(guān)打到“HV”檔，將“靜態(tài)特性測(cè)試/時(shí)間特性測(cè)試”開(kāi)關(guān)打到“靜態(tài)特性測(cè)試”檔；3）緩慢調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕至電壓表顯示為1000V，記下此時(shí)電流表的顯示值，該值即為光電倍增管在1000V時(shí)的暗電流；2.陽(yáng)極靈敏度測(cè)量1）將“陰極/陽(yáng)極”開(kāi)關(guān)打到“陽(yáng)極電流”檔；2）將“HV/LV”開(kāi)關(guān)打到“HV”檔，將“靜態(tài)/時(shí)間”開(kāi)關(guān)打到“靜態(tài)特性測(cè)試”檔；3）緩慢調(diào)節(jié)光照度調(diào)節(jié)旋鈕，將照度值調(diào)節(jié)到0.1lx；4）緩慢調(diào)節(jié)高壓調(diào)節(jié)旋鈕，分別記下電壓為100V,200V,300V,400V,500V,600V,700V,800V,900V和1000V時(shí)的陽(yáng)極電流值；5）繪出在該光照度下的－V關(guān)系曲線。3.陰極靈敏度測(cè)量1）將“HV/LV”開(kāi)關(guān)打到“LV”檔，2）將“靜態(tài)/時(shí)間”開(kāi)關(guān)打到“靜態(tài)特性測(cè)試”檔；3）將“陰極/陽(yáng)極”開(kāi)關(guān)打到“陰極電流”檔；4）將光源與“LED2”相連。將照度表的量程調(diào)節(jié)到20lx檔，調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕將照度值調(diào)節(jié)到0.00。5）調(diào)節(jié)光照度調(diào)節(jié)旋鈕使照度表顯示為10lx。6）緩慢從零增加電壓，每隔1V記錄對(duì)應(yīng)的電流值。繪出電壓與電流之間的關(guān)系，并找到曲線趨于飽和的電流值IK。7）按照公式計(jì)算陰極靈敏度。4.增益(放大倍數(shù))的計(jì)算1）計(jì)算當(dāng)光照度為0.1lx時(shí)，陽(yáng)級(jí)電壓分別為500V.600V.700V.800V.900V和1000V時(shí)的放大倍數(shù)；2）繪出該光強(qiáng)下的G－V曲線，并對(duì)曲線進(jìn)行分析。5.光電倍增管光電特性測(cè)量1）“靜態(tài)/時(shí)間”開(kāi)關(guān)打到“靜態(tài)特性測(cè)試”檔；2）將“陰極/陽(yáng)極”開(kāi)關(guān)打到“陽(yáng)極電流”檔；3）將“HV/LV”開(kāi)關(guān)打到“HV”檔；4）調(diào)節(jié)光照度調(diào)節(jié)旋鈕使照度表顯示為0.2lx。5）緩慢增加電壓至1000V，記下此時(shí)的電流值；6）重復(fù)步驟4）和5），依次記下光照度為0.2lx，0.3lx，0.4lx，0.5lx，0.6lx時(shí)的電流值。7）繪出－E曲線。

6.光電倍增管的時(shí)間特性1）“靜態(tài)/時(shí)