光电技术第七讲.pptx

光电技术第七讲主讲人:张建寰 教授单 位:机电工程学院测控技术研究所联系方式eolus@xmu.edu.cn上节内容回顾1、光生伏特器件的组合件2、光电位置传感器PSD工作原理、一维PSD、二维PSD3、光生伏特器件的偏置电路反向偏置、零伏偏置本节内容预告1、光电倍增管的结构和工作原理2、光电倍增管的特性3、光电倍增管的供电电路4、光电倍增管的应用4.2.2 光电倍增管组成及工作原理 光电倍增管(Photomultiplier Tube (PMT) 是一种真空光电发射器件。光入射窗光电阴极电子光学系统倍增极阳极A photomultiplier tube, useful for light detection of very weak signals, is a photoemissive device in which the absorption of a photon results in the emission of an electron. These detectors work by amplifying the electrons generated by a photocathode exposed to a photon flux. Photomultipliers acquire light through a glass or quartz window that covers a photosensitive surface, called a photocathode, which then releases electrons that are multiplied by electrodes known as metal channel dynodes. At the end of the dynode chain is an anode or collection electrode. Over a very large range, the current flowing from the anode to ground is directly proportional to the photoelectron flux generated by the photocathode. 工作原理：1.光子透过入射窗口入射在光电阴极上;2.光电阴极上的电子受光子激发，离开表面发射到真空中;3.光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增级上，倍增级将发射出比入射电子数目更多的二次电子。入射电子经N级倍增极倍增后，光电子就放大N次；4.经过倍增后的二次电子由阳极收集，形成阳极光电流。4.2.3 光电倍增管的结构1. PMT的入射窗2. 倍增极1）倍增极材料 锑化铯（CsSb）材料具有很好的二次电子发射功能，它可以在较低的电压下产生较高的发射系数，电压高于400V时的二次发射系数δ值可高达10倍。 氧化的银镁合金材料也具有二次电子发射功能，它与锑化铯相比二次电子发射能力稍差些，但它可以工作在较强电流和较高的温度（150℃）。 铜-铍合金（铍的含量为2%）材料也具有二次电子发射功能，不过它的发射系数δ比银镁合金更低些。 新发展起来的负电子亲和势材料GaP[Cs]，具有更高的二次电子发射功能，在电压为1000V时，倍增系数可大于50或高达200。 （2） 倍增极结构 光电倍增管按倍增极结构可分为聚焦型与非聚焦型两种。非聚焦型光电倍增管有百叶窗型（图4-4（a））与盒栅式（图4-4（b））两种结构；聚焦型有瓦片静电聚焦型（图4-4（c））和圆形鼠笼式（图4-4（d））两种结构。 4.3 光电倍增管的基本特性 4.3.1 灵敏度 1、阴极灵敏度 定义光电倍增管阴极电流Ik与入射光谱辐射通量之比为阴极的光谱灵敏度，并记为 若入射辐射为白光，则以阴极积分灵敏度，IK与光谱辐射通量的积分之比，记为Sk EAGV+HV10-5~10-2lm 2、阳极灵敏度 定义光电倍增管阳极输出电流Ia与入射光谱辐射通量之比为阳极的光谱灵敏度，并记为 若入射辐射为白光，则定义为阳极积分灵敏度，记为Sa EAGV－HV10-10~10-6lm4.3.2 电流放大倍数（增益） 电流放大倍数表征了光电倍增管的内增益特性，它不但与倍增极材料的二次电子发射系数δ有关，而且与光电倍增管的级数N有关。理想光电倍增管的增益G与电子发射系数δ的关系为 当考虑到光电阴极发射出的电子被第1倍增极所收集，其收集系数为η1，且每个倍增极都存在收集系数ηi，因此，增益G应修正为 对于非聚焦型光电倍增管, η1近似为90%。 ηi要高于η1 ，但小于1； 对于聚焦型的，尤其是在阴极与第1倍增极之间具有