光电倍增管之特牲.PDF

光電倍增管之特牲 1 〃介紹 今天我們使用的光電器件中，光電倍增管（PMT ）是一種具有極高靈敏度和 超快時間回應的光探測器件。典型的光電倍增管如圖 1所示，在真空管中，包括 光電發射陰極（光陰極）和聚焦電極、電子倍增極和電子收集極（陽極）的器件。 當光照射光陰極，光陰極向真空中激發出光電子。這些光電子按聚焦極電場進 入倍增系統，通過進一步的二次發射得到倍增放大。放大後的電子被陽極收集作 為信號輸出。 因為採用了二次發射倍增系統，光電倍增管在可以探測到紫外、可見和近紅外 區的輻射能量的光電探測器件中具有極高的靈敏度和極低的雜訊。光電倍增管還 有快速回應、低本底、大面積陰極等特點。 2 〃結構 一般，端窗型（Head-on ）和側窗型（Side-on ）結構的光電倍增管都有一個 光陰極。側窗型的光電倍增管，從玻璃殼的側面接收入射光，而端窗型光電倍增 管是從玻璃殼的頂部接收入射光。通常情況下，側窗型光電倍增管價格較便宜， 並在分光光度計和通常的光度測定方面有廣泛的使用。大部分的側窗型光電倍增 管使用了不透明光陰極（反射式光陰極）和環形聚焦型電子倍增極結構，這使其 在較低的工作電壓下具有較高的靈敏度。 端窗型（也稱作頂窗型）光電倍增管在其入射窗的內表面上沉積了半透明光陰 極（透過式光陰極），使其具有優於側窗型的均勻性。端窗型光電倍增管的特點 還包括它擁有從幾十平方毫米到幾百平方釐米的光陰極。 端窗型光電倍增管中還有針對高能物理實驗用的，可以廣角度捕集入射光的大 尺寸半球形光窗的光電倍增管。 光電倍增管的優異的靈敏度（高電流放大和高信噪比）得益於基於多個排列 的二次電子發射系統的使用，它使電子低雜訊的條件下得到倍增。電子倍增系統 包括從 8 至19極的被叫做打拿極或倍增極的電極。 3 〃電子倍增系統 現在使用的電子倍增系統主要有以下幾類： 1）環形聚焦型 環形聚焦型結構主要應用於側窗型光電倍增管。其主要特點為緊湊的結構 和快速時間回應特性。 2 ）盒柵型 這種結構包括了一系列的四分之一圓柱形的倍增極，並因其相對簡單的倍 增極結構和一致性的改良而被廣泛地應用於端窗型光電倍增管，但在一些應用 中，其時間回應可能略顯緩慢。 3 ） 直線聚焦型 直線聚焦型因其極快的時間回應而被廣泛地應用於要求時間分辨和線性脈 衝研究用的端窗型光電倍增管中。 4 ）百葉窗型 百葉窗型結構因倍增極可以較大而被用於大陰極的光電倍增管中，其一致 性較好，可以有大的脈衝輸出電流。這種結構多用於不太要求時間回應的場合。 5 ）細網型 細網型結構擁有封閉的精密組合的網狀倍增極，而使其具有極強的抗磁 性、一致性和脈衝線性輸出特性。另外，當使用交疊陽極或多陽極結構輸出情況 下，還具有位置靈敏特性。 6 ）微通道板（ MCP ）型 MCP是上百萬的微小玻璃管（通道）彼此平行地集成為薄形碟片狀而形成。 每個通道都是一個獨立的電子倍增器。MCP 比任何分離電極倍增極結構具有超 快的時間回應，並且當採用多陽極輸出結構時，在磁場中仍具有良好的一致性和 二維探測能力。 7 ） 金屬通道型 金屬通道型擁有濱松公司獨有的機械加工技術創造的緊湊陽極結構，各個 倍增極之間狹窄的通道空間，使其比任何常規結構的光電倍增管可以達到更快的 時間回應速度。並可適用于位置靈敏探測。 此外，上述結構中兩種結構相混合也是可能的。混合的倍增極可以發揮各自的優 勢。 4 〃光譜回應 光電倍增管的陰極將入射光的能量轉換為光電子。其轉換效率（陰極靈敏度） 隨入射光的波長而變。這種光陰極靈敏度與入射光波長之間的關係叫做光譜回應 特性。圖4給出了雙堿光電倍增管的典型光譜回應曲線。光譜回應特性的長波端 取決於光陰極材料，短波端則取決於入射窗材料。在本書的附件裡給出了不同型 號的光電倍增管的光譜回應特性，其中長波端的截止波長，對於雙堿陰極和 Ag-O-Cs 陰極的光電倍增管定義為其靈敏度降至峰值靈敏度的 1%點，多堿陰極 則定義為峰值靈敏度的 0.1% 。 附件後的光譜回應特性曲線為典型值，對於每一支光電倍增管來講，真實 的資料可能會略有差異。 5 〃光陰極材料 光電倍增管的陰極一般是具有低逸出功的鹼金屬材料形成的光電發射面。常 用的陰極材料有以下幾種： 1