第四章 真空光电器件.ppt

4.1光电管 4.2光电倍增管 4.1 光电管 一、概述 二、工作原理 三、分类 四、主要特性 五、注意事项 概述 光电管是依据光电发射效应而工作的一种光电探测器。其结构原理和偏置电路如图所示，主要由发射光电子的光阴极K、收集电子的阳极A和管壳组成。 国产光电管的代号用字符GD表示。 如果管壳内是真空状态，就称为真空光电管。 如果管壳内充有增益气体，就称为充气光电管。 按照接收光辐射的形式又有反射型和透射型光电管之分。 工作原理 工作原理 当入射光线透过光窗照射到光电阴极K上时，光电子就从光电阴极发射到真空中。 在电场的作用下，光电子在极间做加速运动，最后这些电子被具有极高电位的阳极所接受。 在阳极电路中可以测出光电流的数值，光电流的大小主要取决于光照强度与光电阴极的灵敏度。 就充气光电管而言需注意的问题： 气体性质：有良好的化学性质 气体压力：零点几至几千兆范围内 放大倍数：用M表示，阳极输出的光电流IA与阴极光电发射电流IK之比 即 分类 按光电阴极材料分 a、锑铯型 b、银氧铯型 c、锑钾钠铯型 按照光电阴极与阳极位置不同及形状不同可分为 a、中心阴极型 b、中心阳极型 c、半圆柱面阴极型 d、平行平板电极型 主要特性 光照特性 伏安特性 频率特性 稳定性 暗电流与噪声 光照特性 真空光电管1,2,3： 1、弱光照射下，可保持光电线性关系，但会受到暗电流及暗电流的涨落所引起的噪声的限制； 2、强光照射下，往往发生线性偏离，这主要是因为阴极发射过程产生光电疲乏，层内补充电子困难，且电流大时层内会产生较大的电压降，影响阳极对饱和光电流的接受。 充气光电管4、5、6: 内阳极电流与光照之间没有严格的线性关系，因为其阳极电流不仅取决于阴极发射的光电子，还有气体电离的电子及离子。 只有在一定条件下，一定的光强范围内，阳极电流与光照之间才有线性关系。 真空光电管与充气光电管相比: 灵敏度低; 线性好; 动态范围大; 真空光电管的稳定性更好一些 因此在光电测量，光电转换，光电控制中应用更多一些。 伏安特性 从光电管的偏置电路可知，光电管两端电压u和流过的电流i之间有关系: 式中V是偏置电压(或电源电压)。 u和i之间的变化关系称为光电管的伏安特性。 无光照时 当光照功率P=0时，电流i并不为零，称为暗电流。这说明，光电管并不呈开路状态，而具有暗电阻Rd。 所以光电管的暗电导g为: 因为g值通常是很小的，所以Rd是很大的值． 通常说光电管是个高内阻元件。 充气光电管: 没有饱和区，由图可知，阳极电压很低时，管内的气体没有电离放大作用，阳极电流很小。 随着阳极电压的升高，管内气体开始电离，阳极电流迅速增大。 频率特性 光电管的频率特性指光电流与入射光频率之间的关系曲线，频率特性的好坏取决于载流子渡越时间，极间电容，光子结构，工作电压及负载电阻。 充气光电管的惰性比真空光电管的大,充气光电管的频率特性不如真空光电管 原因：气体正离子的质量远大于电子，它在极间的渡越时间比电子长的多. 稳定性 光电管具有良好的短期稳定性 若连续使用光电管，其灵敏度有下降的趋势，特别是在强光照射下更是如此 1、开始时灵敏度下降快，后来较慢，最后几乎保持不变，趋于稳定。 2、若把使用过的管子在黑暗环境中放置一段时间后，其灵敏度可部分或全部得到恢复，这称为光电管的疲乏；若不能恢复，称为光电管的衰老。 光电管的时间稳定性取决于光电阴极的疲乏与衰老程度。即光电管的寿命同光电阴极的寿命一致。它与光电阴极的种类，照射光的强弱，入射光的波长有关。 暗电流与噪声 暗电流是不可避免的，尤其在室温低照度条件下，尤其对真空光电管而言，限制了对弱光的正确测量。因此在弱光检测中应尽量使它工作在温度低的状态。 光电管的暗电流主要是由极间漏电及阴极热发射所引起的。 充气光电管比真空光电管的噪声大，由于热发射电流也参与气体电离放大的作用，所以会形成较大的热发射噪声；组成阳极电流的正离子的散粒噪声也比较大的缘故。 注意事项 光电管不使用时，应存放在黑盒内，使用时要求均匀照射光阴极，不允许集中照射光阴极一小部分。 环境温度要求保持在10—45oC之间。 4.2光电倍增管 光电倍增管 一、工作原理 二、结构组成 三、主要性能及参数 四、PMT的光电特性 五、选择PMT考虑的因素 一、PMT的工作原理 二、光电倍增管的结构组成 它主要由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。 1、光窗 2、光电阴极 把光电发射体镀在金属后透明材料上即可制成，起着在光照情况下发射光电子的作用 a 、银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极 红外探测，暗电流大，稳定性差，易疲劳及老化 b、单碱锑化物光电阴