第5章++真空光电器件-吴益根.ppt

一般光电流的最大直流输出为分压电流的1/20~1/50，从而使光电流的改变不能对各分压电阻上的电压造成显著的影响 要增大线性输出范围，通常采用两种方法： 1.减小分压电阻的阻值来增加分压电流 2.在最后一倍增极和阳极之间使用一只齐纳二极管，如右图所示。如果必要倒数第二、第三极也可以使用齐纳二极管。 2. 脉冲信号工作时的线性 脉冲电流输出、电流变化辅值大，对分压电路要求高。当光电倍增管处于脉冲工作状态时，在分压器最后几级电阻上并联去耦电容，如左下图所示。使用去耦电容，可以是串联方式，也可以是并联方式，如右下图所示。 5.4.4 信号输出方式 1. 用负载电阻实现电流-电压转换 ①在频率响应要求比较高的场合，负载电阻应尽量可能小一些 ②当输出信号的线性要求较高时，选择的负载电阻应使信号电流在它上面的电压降在几伏以下 ③负载电阻应比放大器的输入阻抗小得多 如左图所示，电路的负载电阻为Rl，光电倍增管的输出电容为Cs，那么截止频率为： 要确定一个最佳的负载电阻值，还必须考虑连接到光电倍增管上的放大器的输入阻抗Rin。因为光电倍增管的有效负载电阻R0为Rl和Rin的并联，所以R0的阻值要小于Rl。 分析可知，选择负载电阻时要注意以下3个方面 2. 用运算放大器实现电流-电压转换 上左图为一个由运算放大器构成的电流-电压转换电路。由于运算放大器的输入阻抗非常高，光电倍增管的输出电流被阻隔在运算放大器的反相输入端外。因此，大多数的输出电流流过反馈电阻Rf，这样一个值为IpRf电压就分配在Rf上。另一方面，运算放大器的开环增益高达10的5次方，其反相输入端的电位与正相输入端的电位保持相等。因此，运算放大器的输出电压 为了防止光电倍增管输出端发出高压，采用由上图所示的由一只电阻Rp和二极管VD1及VD2组成的保护电路可以防止前置放大器被损坏。这两个二极管应有最小的漏电流和结电容，通常采用一个小信号放大晶体管或FET的B-E结。一般Rp的选择范围在几千欧至几十千欧之间。 0 + 5.5 微通道板光电倍增管 微通道的排列 +高压 电子入口 电子出口 微通道板的结构：微通道板是由成千上万个直径为15~40μm、长度为0.6~1.6mm的微通道组成的，微通道的内壁镀有高阻值的二次电子发射材料。 微通道板的工作原理 如果用微通道板代替一般光电倍增管中的电子倍增器，就构成微通道板光电倍增管。这种新颖的光电倍增管尺寸大为缩小，电子渡越时间很短，阳极电流的上升时间几乎降低了一个数量级，有可能响应更窄的脉冲或更高频率的辐射。 5.6 光电倍增管的应用 5.6.1光谱测量 光电倍增管可用来测量光源在波长范围内的辐射功率。以其光谱响应范围宽而被广泛应用于：生产过程控制、无素的测定、各种化学分析和冶金学分析仪器中。这些分析仪器中的光谱范围比较宽，因此需采用宽光谱范围的光电倍增管。为了能更好地与分光单色仪的长方形狭缝匹配，通常使用侧窗式结构。 光电倍增管具有灵敏度高和响应迅速等特点，目前它仍然是最常用的光电探测器之一，而且在许多场合还是唯一适用的光电探测器。下面列举这方面的应用 由于光电倍增管的放大倍数高，所以常用来进行光子计数。光子计数系统是理想的微弱光探测器，它可以探测到每秒10-20个光子水平的极微弱光。 这种光子计数系统已用于生命科学研究中的细胞分类分析。目前，国外还研制出一种不仅可以探测单光子事件的强度，还可以探测其位置的二维平面像探测器，使得光子成像技术成为现实。 5.6.2 极微弱光信号的测量---光子计数 一般测量范围为： 大于10-18W(每秒约10个光子左右)，小于10-14W(每秒约105个光子) 5.6.2 射线的探测 1.闪烁计数 ---将闪烁晶体与光电倍增管结合在一起来测量高能粒子 2.在医学上的应用 x y 第五章 真空光电器件 真空光电器件基于外光电效应的光电探测器，结构特点是有一个真空管，其它元件都放在真空管中。主要包括光电管和光电倍增管两类。 由于光电倍增管具有灵敏度高、响应迅速等特点，在探测微弱光信号及快速脉冲弱光信号方面是一个重要的探查器件，因此广泛应用于航天、材料、生物、医学、地质等领域。 能够产生光电发射效应的物体称为光电发射体，光电发射体在光电器件中常作为阴极，所以称为光电阴极。 光电发射效应----入射光辐射的光子能量足够大时，它和金属或半导体材料中的电子相互作用的结果使电子从物质表面逸出，在空间电场的作用下就会形成电流。 光电发射体-----能够产生光电发射效应的物体。 5.1 光电阴极 5.1.1 光电阴极的主要参数 1.灵敏度：主要分为三类 （1）光照灵敏度 在一定的白光照射下，光电阴极光电流与入射的白光光通量之比，也称为白光灵敏度或积分