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第5章真空光電器件§5.4光電倍增管的供電和信號(hào)輸出電路§5.1光電陰極§5.2光電管與光電倍增管§5.3光電倍增管的主要特性參數(shù)§5.5微通道板光電倍增管§5.6光電倍增管的應(yīng)用—見(jiàn)P18真空光電器件工作原理真空光電探測(cè)器是基于外光電效應(yīng)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,在空間電場(chǎng)的作用下便形成光電流。光電倍增管真空光電器件的分類(lèi)光電管真空型充氣型均包括光電陰極、陽(yáng)極、真空玻璃殼結(jié)構(gòu):非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,因此光電陰極關(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5.1光電陰極光電發(fā)射體:能夠產(chǎn)生光電發(fā)射效應(yīng)的物體光電陰極:光電發(fā)射體常作為光電器件的陰極,故又稱(chēng)為光電陰極,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O5.1.1光電陰極的主要參數(shù)量子效率光譜響應(yīng)曲線(xiàn)熱電子發(fā)射靈敏度光照靈敏度色光靈敏度光譜靈敏度1、靈敏度圖5-1①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。所以也稱(chēng)白光靈敏度或積分靈敏度。②色光靈敏度

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,陰極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(圖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。③光譜靈敏度

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之比。色溫2856K的鎢絲燈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)Ne(λ)與入射的光子數(shù)Np(λ)之比,稱(chēng)為量子效率:Q(λ)=

Ne(λ)/Np(λ)式中λ單位為nm;s(λ)為光譜靈敏度,單位為A/W光電陰極的光譜靈敏度與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線(xiàn),稱(chēng)為光譜響應(yīng)曲線(xiàn)。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,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。但這些熱電子發(fā)射會(huì)引起噪聲。2、量子效率3、光譜響應(yīng)曲線(xiàn)4、熱電子發(fā)射量子效率和光譜靈敏度之間的關(guān)系如右: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(chēng)為反射型陰極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(chēng)為半透明光電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。5.1.2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。具有良好的可見(jiàn)和近紅外響應(yīng)。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),也是紅外波段唯一可用的經(jīng)典光電發(fā)射材料。但量子效率極低,暗電流大。(2)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,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(jiàn)光區(qū)的靈敏度最高。量子效率高,在藍(lán)光區(qū)高達(dá)30%比Ag-O-Cs

高30倍。適用于強(qiáng)光測(cè)量。(3)多堿銻化合物(PEA)

是指銻Sb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。(4)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,這種材料稱(chēng)作負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極材料。5.1.3常用光電陰極材料(正電子親和勢(shì)(PEA)類(lèi)型材料)(1)Ag-O-Cs材料負(fù)電子親和勢(shì)材料制作的光電陰極與正電子親勢(shì)材料光電陰極相比具有以下四點(diǎn)特點(diǎn):真空能級(jí)位于導(dǎo)帶之上表面區(qū)域能帶彎曲,真空能級(jí)降到導(dǎo)帶之下1、子效率高2、光譜響應(yīng)率均勻,且光譜響應(yīng)延伸到紅外3、熱電子發(fā)射小4、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)的紫外輻射靈敏,對(duì)可見(jiàn)光無(wú)響應(yīng)。這種材料通常稱(chēng)為“日盲”型光電陰極材料,也稱(chēng)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(5)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):(1)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,使逸出深度大;(3)表面勢(shì)壘低(電子親和力小),使電子從表面逸出的概率大;(4)熱電子發(fā)射系數(shù)小。光電陰極材料的分類(lèi):5.2.1光電管(PT)結(jié)構(gòu):光電管主要由玻殼(光窗)、光電陰極和陽(yáng)極三部分組成分類(lèi):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,所以有真空型和充氣型兩種。5.2光電管與光電倍增管工作原理: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。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。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。

(a)側(cè)窗式(b)端窗式圖5-7光電倍增管類(lèi)型5.2.2光電倍增管(PMT)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)、電子倍增系統(tǒng)和陽(yáng)極五個(gè)主要部分組成。a、窗口形式:光窗通常有側(cè)窗和端窗兩種側(cè)窗端窗1、入射窗口b、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MgF2透射范圍從300nm到紅外,降低背景噪聲,應(yīng)用與閃爍計(jì)數(shù)優(yōu)點(diǎn)是紫外短波透射截止波長(zhǎng)可延伸到185nm,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)好的透過(guò)率,短波截止波長(zhǎng)可達(dá)到160nm,但熱膨脹系數(shù)相差大,不適用于作芯柱材料,只用于管子的頭是一種Al2O3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)比石英玻璃還要短,可以達(dá)到150nm。短波透射波長(zhǎng)可到115nm硼硅玻璃:透紫外玻璃:熔融石英:藍(lán)寶石:MgF2:2、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。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;電子光學(xué)系統(tǒng)的要求: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(chēng)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);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。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)群辖稹?)負(fù)電子親合勢(shì)材料:銫激活的磷化鎵等3、電子倍增極(2)倍增極材料(大致可分以下四類(lèi))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所謂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,加速且聚集。非聚焦則是指在兩電極間的電子運(yùn)動(dòng)軌跡是平行的,只加速。倍增極結(jié)構(gòu)形式:(3)倍增極結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu)形式(e)近貼柵網(wǎng)式(f)微通道板式(c)直線(xiàn)聚焦(d)百葉窗式

(a)鼠籠式(b)盒柵式結(jié)構(gòu):由幾級(jí)帶十五級(jí)倍增極組成分類(lèi):①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)。①在小的Ep下面有較大的σ值②熱電子發(fā)射小③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。(4)倍增極的要求4、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。要求陽(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)。二、光電倍增管的分類(lèi)如右圖所示:①光子透過(guò)入射窗口入射在光電陰極K上;②光電陰極受光照激發(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,倍增極將發(fā)射出比入射電子數(shù)目更多的二次電子。入射電子經(jīng)N級(jí)倍增極倍增后,光電子數(shù)就放大N次。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、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。三、光電倍增管的工作原理四、光電倍增管的優(yōu)缺點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn):2、缺點(diǎn):五、雪崩光電二極管與光電倍增管比較▲體積小▲結(jié)構(gòu)緊湊▲工作電壓低▲使用方便▲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▲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)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)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(xiàn)基本上與陰極的相同。(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,即陽(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,即與陰極靈敏度相對(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1、靈敏度(1)光譜響應(yīng)(3)陽(yáng)極靈敏度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。那么放大倍數(shù)與光電倍增管所加電壓U的關(guān)系為其中從上式可知,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)(增益)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)。(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。(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)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,如下圖所示

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。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。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(xiàn)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(xiàn)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)。

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“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。4、噪聲5、線(xiàn)性6、穩(wěn)定性7、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)極之間電壓(簡(jiǎn)稱(chēng)陽(yáng)極電壓UP)的關(guān)系稱(chēng)為陽(yáng)極伏安特性,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陽(yáng)極電流趨向飽和,與入射到陰極面上的光通量成線(xiàn)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壓(簡(jiǎn)稱(chēng)為陰極電壓UK)的關(guān)系稱(chēng)為陰極伏安特性,左下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(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成線(xiàn)性關(guān)系8、伏安特性光電倍增管的時(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。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。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。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)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。9、時(shí)間特性

10、磁場(chǎng)特性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。1、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%。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+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%。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,如右下圖所示??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。光電倍增管工作時(shí),需要在陰極和陽(yáng)極之間加上500—1000V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(chēng)為高壓分壓電路。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(圖5-16a)。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—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(2)高壓分壓電路的接地方式——陽(yáng)極接地、陰極接地流經(jīng)分壓電路的電流Jo被稱(chēng)為分壓電流,該電流與光電倍增管輸出電流的線(xiàn)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。如下圖所示,入射光通量與陽(yáng)極電流的理想的線(xiàn)性關(guān)系從一個(gè)特定的電流值(B段)開(kāi)始發(fā)生變化,并最終使光電倍增管的輸出飽和(C段)。3、分壓電流與輸出線(xiàn)性的關(guān)系

(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RLPMT陽(yáng)極與包含諸如導(dǎo)線(xiàn)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:(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。(2)當(dāng)輸出信號(hào)的線(xiàn)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。(3)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—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RP和穩(wěn)壓二極管VDl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G-S結(jié)。(二)用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電流-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管(MCP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左下圖所示,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,這樣連續(xù)多次發(fā)射二次電子,可獲得約104的增益。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,如右上圖所示,簡(jiǎn)稱(chēng)MCP。MCP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(kāi)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(xiàn)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如下圖所示為什么呀?5.6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)器一、光譜測(cè)

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