光谱仪及光电探测器件.ppt

光电倍增管光阴极与阳极之间设置若干个电子倍增极倍增极的二次电子发射系数为，经N次倍增，可得增益：。与倍增极材料有关，一般如果经N=10次二次发射，可得电流增益光电倍增管有极高的灵敏度，此外它有极快的时间响应可以用来测量快速的光脉冲过程。光电倍增管是光谱工作中最常用的光电器件之一。√PMT原理√PMT使用（1）光电倍增管的选择①光谱响应区，它取决于光阴极材料；②响应度，根据待测光源的光谱特性和光通量大小来确定响应度的要求；③暗电流，在测量微弱光信号时要特别注意挑选暗电流小的管子；④阴极尺寸，要与入射光面积相匹配。第21页,共30页，2024年2月25日，星期天（2）不得在加电压的情况下，有强光照射。（3）电源电源稳定性要好，当要求G的稳定性高于1%时，电源的稳定性应高于0.1%。一般用专用电源。光电倍增管的供电一般以负压供电居多。这时光阴极为负电位，阳极电压接近为零，输出端可不用隔直流电容，使用安全方便。为减小暗电流和噪声，这种供电要求外层的金属屏蔽筒要离管壳10─20mm。（4）在冷却器中使用可减少暗电流发射和降低热噪声。滨松生产的PMT第22页,共30页，2024年2月25日，星期天光电倍增管的类型√按接收入射光方式分类端窗型（Head-on）和侧窗型（side-on）两大类侧窗型光电倍增管（R系列）是从玻璃壳的侧面接收入射光；使用不透明光阴极（反射式光阴极）和环形聚焦型电子倍增极结构。端窗型光电倍增管（CR系列）则从玻璃壳的顶部接收射光。在其入射窗的内表面上沉积了半透明的光阴极（透过式光阴极），这使其具有优于侧窗型的均匀性。√按电子倍增系统分类环形聚焦型：应用于侧窗型光电倍增管中，特点：结构紧凑和响应快速。第23页,共30页，2024年2月25日，星期天盒栅型：应用于端窗型光电倍增管中，时间响应略显缓慢。直线聚焦型：极快的时间响应百叶窗型：可以有大的脉冲输出电流。时间响应较慢第24页,共30页，2024年2月25日，星期天3微通道板探测器（MCP）微通道管是一种高电阻率的薄壁玻璃管，其内壁具有很高的二次电子发射系数，在两端加上数千伏的高压。微通道板是将上百万的微小玻璃管（10-25um直径）彼此平行地集成为薄形盘片状而形成的。√将微通道板置于光阴极与阳极之间，可构成微通道板光电倍增器。其时间响应已高于最好的通常的光电倍增管，且不受外界磁场影响√微通道板光电倍增器还有极其高的空间分辩能力。可以探测二维信息。第25页,共30页，2024年2月25日，星期天4电荷耦合器件（CCD）电荷耦合器件（CCD─Charge-CoupledDevice），它存储由光或电激励产生的信号电荷，当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便能在CCD内作定向传输。ＣＣＤ工作过程的主要问题是信号电荷的产生，存储，传输，和检测。获2009年诺贝尔物理学奖。√CCD的结构结构与MOS(金属─氧化物─半导体)器件一样，以硅半导体作为衬底，在硅半导体表面覆一层二氧化硅薄膜，在氧化层表面排列互相绝缘而且距离极小的金属化电极（称栅极G）在金属与二氧化硅的界面上出现正电荷层，在二氧化硅界面的一侧产生耗尽层（图b），并且，耗尽层的宽度随所加电压增加而加宽。栅极和半导体之间形成了一个电容器耗尽层界面具有吸引电子的负电势，电子在那里势能较低-形成了一个势阱第26页,共30页，2024年2月25日，星期天√信号电荷的产生与存贮在光谱测量中，被探测的光直接入射到耗尽层处，在此处产生电子─空穴对，外加电场将电子吸引到势阱内，形成信号电荷。Q=ηq△ATη为材料的量子效率；q为电子电荷量；△为入射光的光子流速(与入射的光谱辐通量成正比）；A为光敏单元的受光面积；T为光注入时间(由CCD驱动器的转移脉冲的周期决定)。入射的光谱辐通量√信号电荷的转移三相电荷传递方式第27页,共30页，2024年2月25日，星期天第28页,共30页，2024年2月25日，星期天第29页,共30页，2024年2月25日，星期天感谢大家观看第30页,共30页，2024年2月25日，星期天关于光谱仪及光电探测器件衍射光强（正入射)：相邻两衍射光的位相差单缝衍射的强度分布，与光栅槽型有关。这里（单缝两边沿处次波的位相差的一半）多光束干涉强度分布受单缝衍射强度分布的调制√随着刻槽线数N的增加，中心极大值的强度迅速增加，但中央极大不具有分光能力（白光）(1)光栅衍射光的强度：第2页,共30页，2024年2月25日，星期天（2）光栅特性√色散描述经分光后不同波长的光线的分开程度角色