《弱光信号检测》.ppt

第二章 光辐射探测器 §2.2 真空光电探测器 §2.2.1 光电子发射与光电阴极 光电子发射过程 光电子发射 —— 金属的光电子发射 光电子发射 —— 金属的光电子发射 光电子发射 —— 半导体的光电子发射 光电子发射 —— 半导体的光电子发射 光电子发射 —— 半导体的光电子发射 光电阴极 光电阴极 光电阴极 光电阴极 §2.2.2光电倍增管原理及结构 一、基本结构 光窗 光电阴极结构 光窗材料 电子光学系统 二、工作原理 三、倍增极 二次电子发射过程： 2.倍增极的结构 §2.2.3 光电倍增管的基本特性 灵敏度 2.电流放大倍数（增益） 电流放大倍数 3.伏安特性 阳极伏安特性 阳极伏安特性 光电倍增管的输出信号和等效电路 4.暗电流 级际电压与暗电流 暗电流的温度特性 5.疲劳 6. 噪声 7. 时间特性 渡越时间分散 8. 磁场特性 磁屏蔽 9.空间均匀性 对雷达信号的影响 10 . 偏振效应 11. PMT afterpulse 产生原因 §2.2.4 光电倍增管的使用 1.供电电路 负高压 正高压 分压器 分压器的设计 前极： 中间极： 2.使用须知 ②工作电压 ③电源 ④线性 ⑤负载电阻 模拟一个雷达信号 距离1000m，分辨率15m，信号分布如图： 加不同的衰减。 加平凸镜，使光线汇聚在均匀面上。 消除非线性的方法 当线偏振光以一定角度入射到光电阴极面上时，改变偏振面，阳极电流也会发生相应变化。此时最好在倍增管前安装漫射器，以减少这种误差。 afterpulse是PMT中尾随探测信号出现的一个或一系列脉冲信号。 由于afterpulse的存在，导致所测得的信号不准确，对于我们的测量都会产生影响。 对于afterpulse的研究，有助于我们更好的了解PMT，并对测量的误差作出校正。 PMT中应该是真空，但由于长期使用，外界的气体渗漏进管中。 对于某些弱闪烁光信号，经常可以观察到持续几十毫秒的afterpulse. 尤其是5us和40us时的afterpulse. 主脉冲产生的电子使得管子中的气体电离，产生阳离子，这些阳离子被电场作用打在光阴极上，激发出电子，形成了afterpulse 。 产生afterpulse 的主要离子是H+、He2+、 H2+、 He+、O2+ 、O+。 1.供电电路 2.使用须知 倍增管各电极要求直流供电， §2.2.4 光电倍增管的使用 从阴极开始至各级的电压要依次升高， 一般多采用电阻链分压办法来供电。 一般情况下，各级电压均相等，约80～150V，总电压约900～2000V。 电源的极性： 一种是负高压，一种是正高压，各有优缺点。 接地方式： ??? 阴极接地或阳极接地。 §2.2.4 光电倍增管的使用 阳极接近于地电位 但阴极处于高电位，管壳附近处于地电位的导体可能引起暗电流和噪声的增大。屏蔽罩不能跟阴极靠得很近。 操作安全，便于跟后面的放大器相接 可通过一个低压耦合电容与交流放大器相接，也可直接与直流放大器相接。 这样对直流光的测量或快速光信号的观测极为方便。可以直流输出。小电流放大器或高频同轴电缆可直接与阳极相连，高频传输特性好。 §2.2.4 光电倍增管的使用 便于屏蔽，光、磁、电的屏蔽罩可以跟阴极靠得近些，屏蔽效果好 由于负高压供电简单，所以多采用负高压。 但由于阳极处于高电位，匹配电缆连接复杂，特别是后面若接直流放大器，整个放大器都处于高电压，不利于安全操作； 暗电流小，噪声低。 如果后面接交流放大器，则必须接一个耐压很高的隔直电容器，而一般耐压很高的电容器体积大而且价格高，影响高频传输特性。 分压器的功能： §2.2.4 光电倍增管的使用 分压器一般由一个电源和若干个分压电阻（有的分压器还有齐纳二极管）构成。 供给光电倍增管各个电极一个合适的电位分布，使收集效率高，对快速管来说还要求度越时间分散小。 信号通过管子期间供给各电极足够的信号电流，特别是在输出大电流时要保证光电倍增管仍处于线性工作状态。 不适当的分压器可能使线性，分辨率和稳定性等参数变坏。 §2.2.4 光电倍增管的使用 分压器决定了PMT的供电状态，而管子的供电状态又取决于管子的用途。必须根据不同的工作要求设计不同的分压器。没有万能的，通用的。 如果要求分压器在一定的工作电压下放大倍数最高，那么线性就要受到影响。 分压器通常可细分为三部分：前极，中间极和后极。 §2.2.4 光电倍增管的使用 适当提高第一倍增极和阴极之间的电压，可提高第一倍增极对光电子的收集效率，对弱光测量尤为重要。 分压器的前极对PMT的参