光电倍增管原理

光电技术基础——光电倍增管1、光电发射和二次电子发射光电发射及其基本定律；二次电子发射；倍增极相关知识；光电管2、真空、充气光电管比较真空光电管充气光电管优点1.光电阴极面积大，暗电流小；光照灵敏度高2.驰豫过程小。缺点1.灵敏度低；1.稳定性差；2.体积大；2.线性度差；3.玻璃体，易碎。4.和放大器配合使用受限3.噪声大；4.响应时间长3、光电倍增管(PMT)利用外光电效应和二次电子发射相结合即——把微弱的光输入转化为光电子，并使光电子获得倍增的一种光电探测器件。4、光电倍增管优缺点放大倍数很高，用于探测微弱信号；光电特性的线性关系好；工作频率高；性能稳定，使用方便；供电电压高；玻璃外壳，抗震性差；价格昂贵，体积大；光电倍增管一、光电倍增管组成及工作原理光电倍增管组成——光窗（Inputwindow)——光电阴极(Photocathode)——电子光学系统——电子倍增系统(Dynodes)——阳极(Anode)光电倍增管组成（1）光电倍增管工作原理光电倍增管（PMT）是利用外光电效应制成的一种光电探测器件。其光电转换分为光电发射和电子倍增两个过程。其工作原理如下图示。、、（2）光电倍增管工作原理原理图K1D2D3D4DA（3）光电倍增管工作过程（4）供电原理图原理图KA1D2D3DnD1R2R3RnR1nRLR（4）供电原理图二、光电倍增管分类1.按进光方式：A侧窗式B端窗式；2.电极工作方式：A透射式B反射式；3.倍增极数目：A单极B多极；4.倍增极系统结构：A盒状B圆笼式C百叶窗式D直线瓦片式；5.光电阴极材料：CsSb、Ag-O-Cs、碱三、光电倍增管具体结构1、光电阴极(Photocathode)——把光电发射体镀在金属或透明材料（玻璃或石英玻璃）上就制成了光电阴极。（1）结构（2）常用材料：Ag-O-Cs：近红外唯一具有使用价值的阴极材料；CsSb：可见、紫外区有较高的响应率;多碱光电阴极（双、三、、四碱）；光电倍增管具体结构2、电子光学系统——是指光电阴极至第一倍增极之间的区域。电子光学系统在结构上主要由聚焦电极和偏转电极组成对电子光学系统要求要求：（1）使光电阴极发射的光电子尽可能多的会聚到第一倍增极的有效区域内；（2）光电阴极各部分发射的光电子到达第一倍增极所经历的时间尽可能一致。3、倍增系统（Dynodes）倍增系统：是指由各倍增极构成的综合系统，各倍增极都是由二次电子发射体构成。要求：二次电子发射系数要大倍增极分类：非聚焦型——只加速聚焦型——加速聚焦各种倍增极的结构形式a)百叶窗式b)盒栅式c)直瓦片式d)圆瓦片式倍增系统分类——百叶窗式百叶窗式1D2D3D4D5D6D7D8D9DA10DK倍增系统分类——盒栅式盒栅式K1D2D3D4D5D6D7D8D2D10D11DA倍增系统分类——直线瓦片式直线瓦片式1D2D3D4D5D6D7D8D9D10DAK倍增系统分类——鼠笼式鼠笼式K4D1D2D3D5D6D7D8DA倍增极结构形式特点聚焦型直瓦片式极间电子渡越时间零散小，但绝缘支架可能积累电荷而影响电子光学系统的稳定性圆瓦片式结构紧凑，体积小，但灵敏度的均匀性差些。非聚焦型百叶窗式工作面积大，与大面积光电阴极配合可制成探测弱光的倍增管，但极间电压高时，有的电子可能越级穿过，收集率较低，渡越时间零散较大。盒栅式收集率较高（可达95%），结构紧凑，但极间电子渡越时间零散较大。4、阳极阳极是采用金属网作的栅网状结构，把它置于靠近最末一级倍增极附近，用来收集最末一级倍增极发射出来的电子。阳极结构示意图一次电子栅网状阳极二次电子要求：①接收性能良好，尽可能多的收集电子，工作在较大电流时，不至于产生空间电荷效应。②输出电容要小光电倍增管的主要参量与特性光电倍增管的主要参量与特性是区分管子质量好坏的基本依据。基本参数（静态参数）应用参数（动态参数）运行特性（例行特性）光电倍增管使用注意要点不宜用强光，容易引起疲劳额定电压和电流内工作入射光斑尺寸和管子的有效阴极面尺寸向对应电场屏蔽和磁屏蔽测交变光时，负载电阻不宜过大光电倍增管应用中注意的几个问题:（一）光电倍增管型号的选择：（二）对高压电源的考虑：（1）负高压电源（2）正高压电源（3）倍增极为信号输出极（三）分压器的设计原则：（1）阴极与第一倍增极间（2）中间倍增极（3）末级倍增极几种新型的光电倍增管（1）MCP倍增器多阳极倍增管：（2）最小的超小型光电倍增管小结——光电倍增管优缺点——光电倍增管组成及工作原理——光电倍增管工作过程——光电倍增管具体结构——光电倍增管使用注意要点——光电倍增管应用中注意的几个问题——几种新型的光电倍增管随堂小测试试推导公式：在光电倍增管供电原理图中，为什么要在最后几级分压电阻上并联电容器？（图见下一页）nM)(0