【2018年必威体育精装版整理】光电检测器件光电检测器件.ppt

第三章 光电检测器件 一. 光电器件的基本特性参数 二. 真空光电器件 三. 半导体光电器件 四. 光电检测器件的性能比较 常用的光电阴极材料 NEA与PEA的对比（见书60页） 光电倍增管（PMT）是光子技术器件中的一个重要产品，它是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。 光电倍增管的结构及原理　　 光电倍增管是一种真空器件。它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。 　当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。 　　因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。 4、 光电倍增管的主要特性参数 2．电流增益 4．光谱特性 5、暗电流 （1）定义：无光照时，PMT的输出电流。 （2）引起暗电流的因素： （主要暗电流）光电阴极＆第一倍增极的热电子发射； （极间漏电流）各级绝缘体强度不够或极间灰尘放电； 离子＆光的反馈作用（抽真空技术受限）； 场致发射，尖端放电（尖端，棱角，边缘的高压放电）； 放射性同位素＆宇宙射线的影响。 （3）减小暗电流的方法： 选好PMT的极间电压； 在阳极回路中加上与暗电流相反的直流成分来补偿； 在倍增输出电路加一选频或锁相放大滤掉暗电流； 利用冷却法减小热电子发射等。 6、伏安特性 高压供电电路－－分压电阻的确定 高压供电电路－－分压电阻的确定 高压供电电路－－并联电容的确定 高压供电电路－－接地方式 光电检测器件 5、供电电路 ①分压器电阻 分压器本身不是光电倍增管的一部分，但为使其正常工作又是一个不可缺少的部分。它的作用是使光电倍增管中从光电阴极到依次各二次极最后到阳极的电位逐渐升高，使光电子顺利完成电子倍增过程，在各种类型的分压器中，用得最多也最简单的是电阻分压器，按照各极间所需电压的比例采用相应的电阻值，使总电压分配到各极间去。 总电压UAK 在1000～1500 V之间，倍增极极间电压UD在80～100V之间－－可以确定分压电阻 IR IAmax 实例： 说明： i. 第一级对阴极电流形成影响最大,高出20~30V ii. 中间级均匀分配 iii. 最后一级,要高,克服空间电荷区的影响. 探测光脉冲，最后几级脉冲电流很大，极间电压不稳 －－最后几级并联旁路电容C1、C2、C3。 缺点：阴极负高压，屏蔽困难，暗电流和噪声大。 优点：屏蔽罩靠近阴极，效果好；暗电流小，噪声低 阳极接地（负高压接法 ） 阴极接地(正高压接法) 优点：便于与后面放大器相连，操作安全 缺点：高压不利于安全操作；接耐压很高的隔直电容器。 光电倍增管的应用 1.紫外/可见/近红外分光光度计 光通过物质时使物质的电子状态发生变化，而失去部分能量，称为吸收。利用吸收进行定量分析。为确定样品物质的量，采用连续的光谱对物质进行扫描，并利用光电倍增管检测光通过被测物质前后的强度，即可得到被测物质吸收程度，计算出物质的量。 一、光谱测量 2.原子吸收分光光度计 广泛地应用于微量金属元素的分析。对应于分析的各种元素，需要专用的元素灯，照射燃烧并雾化分离成原子状态到被测物质上，用光电倍增管检测光被吸收的强度，并与预先得到的标准样品比较。 二、极微弱光信号的探测—光子计数 现在的光子计数系统，可探测到每秒10-12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，它先用荧光物质对细胞进行标记，然后根据这些细胞发出的不同的荧光进行分析，可以分离和捕集不同的细胞。也要求光子计数系统的探测器有足够高的量子效率和很低的噪声。 ２.荧光分光光度计 荧光分光光度计依据生物化学，特别是分子生物学原理。物质受到光照射，发射长波的发光，这种光称为荧光。用光电倍增管检测荧光的强度及光谱特性，可以定性或定量地分析样品成份。 3.拉曼分光光度计 用单色光照射物质后被散乱，这种散乱光中，只有物质特有量的不同波长光混合在里面。这种散乱光（拉曼光）进行分光测定，对物质进行定性定量的分析。由于拉曼发光极其微弱，因此检测工作需要复杂的光路系统，并且采用单光子计数法。 三、质量光谱学与固体表面分析 固体表面分析  固体表面的成分和结构，可以用极细的电子、离子、光或X射线的束流，入射到物质表面，对表面发出的