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图3-41光电管的光谱特性 Ⅲ.光电管的光谱特性 一般对于光电阴极材料不同的光电管,它们有不同的红限频率ν0,因此,它们可用于不同的光谱范围。除此之外,即使照射在阴极上的入射光的频率高于红限频率ν0,并且强度相同,随着入射光频率的不同,阴极发射的光电子的数量还会不同,即同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同,这就是光电管的光谱特性。所以,对各种不同波长区域的光,应选用不同材料的光电阴极。图3-41为光电管的光谱特性。国产GD-4型的光电管,阴极是用锑铯材料制成的,其红限为7000nm,它对可见光范围的入射光灵敏度比较高,转换效率可达25%~30%。 这种管子适用于白光光源,因而被广泛地应用于各种光电式自动检测仪表中。对红外光源,常用银氧铯阴极,构成红外传感器。对紫外光源,常用锑铯阴极和镁锅阴极。另外,锑、钾、钠、铯阴极的光谱范围较宽,为3000~8500nm,灵敏度也较高,与人的视觉光谱特性很接近,是一种新型的光电阴极。但也有些光电管的光谱特性和人的视觉光谱特性有很大差异,因而在测量和控制技术中,这些光电管可以担负人眼所不能胜任的工作,如坦克和装甲车的夜视镜等。 4.光电倍增管 当入射光很微弱时,普通光电管产生的光电流很小,只有零点几个微安,很不容易探测。这时,常用光电倍增管对电流进行放大,图3-42是光电倍增管的外形和工作原理图。 图3-42光电倍增管的外形和工作原理图 1)光电倍增管的结构 光电倍增管由光阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成。光电倍增管由光电阴极K、倍增电极D以及阳极A组成,倍增电极上涂有电子轰击下能发射更多电子的材料,其形状和位置设计得正好使前一级发射的电子继续轰击下一级,倍增级多的可达30级,通常为12~14级。光阴极是由半导体光电材料锑铯做成,次阴极是在镍或铜一被的衬底上涂上锑铯材料而形成的。阳极是最后用来收集电子的,它输出的是电压脉冲。 2)工作原理 光电倍增管除光电阴极外,还有若干个倍增电极。使用时在各个倍增电极上均匀加上电压。阴极电位最低,从阴极开始,各个倍增电极的电位依次升高,阳极电位最高。同时这些倍增电极用次阴极发射材料制成,这种材料在具有一定能量的电子轰击下,能够产生更多的“次级电子”。由于相邻两个倍增电极之间有电位差,因此存在加速电场,对电子加速。从阴极发出的光电子,在电场的加速下,打到第一个倍增电极上,引起二次电子发射。每个电子能从这个倍增电极上打出3~6倍个次级电子;被打出来的次级电子再经过电场的加速后,打在第二个倍增电极上,电子数又增加3~6倍,如此不断倍增,阳极最后收集到的电子数将达到阴极发射电子数的105~106倍。即光电倍增管的放大倍数可达几万倍到几百万倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万倍到几百万。 3)主要参数 Ⅰ.倍增系数M 倍增系数M等于各倍增电极的二次电子发射系数δi的乘积。如果n个倍增电极的δi相等,则 ,阳极电流I为 ,式中,i是光电阴极的光电流。 光电倍增管的电流放大系数β为 (3-66) 倍增系数M与所加电压有关,一般阳极和阴极之间的电压为1000~2500V,两个相邻倍增电极的电位差为50~100V。 Ⅱ.光电特性 图3-43(a)是光电倍增管的光电特性,当光通量不大时,阳极电流I和光通量Φ之间有良好的线性关系,但当光通量很大时(Φ>0.01lm时,出现严重的非线性。光电倍增管的光谱特性与相同材料的光电管的光谱特性相似。 图3-43光电倍增管的特性曲线 (a)光电特性;(b)光谱特性;(c)伏安特性 Ⅲ.光谱特性 图3-43(b)是锑钾铯光电阴极的光电倍增管的光谱特性。 Ⅳ.伏安特性 光电倍增管的阳极电流与最后一级倍增极和阳极电压的关系,称为光电倍增管的伏安特性。图3-43(c)为光电倍增管的伏安特性,此时其余各电极的电压保持恒定。由图可见,实际照到光电阴极上的光通量愈大,相应地达到饱和时的阳极电流也愈大。使用时,应工作在特性曲线的饱和区。 Ⅴ.灵敏度 一个光子在阴极上能够打出的平均电子数叫做光电阴极的灵敏度。而一个光子在阳极上产生的平均电子数叫光电倍增管的总灵敏度。光电倍增管的灵敏度高,频率特性好,频率可达108Hz,甚至更高,但它需要高压直流电源,价格贵、体积大,经不起机械冲击。 Ⅵ.暗电流 光电倍增管由于环境温度、热辐射等因素的影响,即使没有光信号输入,加上电压后仍有电流,这种电流称为暗电流。光电倍增管的暗电流对于测量微弱的光强和确定管子灵敏度的影响很大,产生暗电流的主要原因是光电阴极和倍增极的热电子发射,它随温度增加而增加。一般在使用光电倍增管时,必须将其放在暗室里避光使用,只对入射光
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