第3章第11节光电倍增管

1、第三章第三章 光电信息转换光电信息转换3.1 光电信息转换器件光电信息转换器件3.2 光电信息转换集成器件光电信息转换集成器件3.3 光电信息转换组合器件光电信息转换组合器件3.1.1 光电倍增管光电倍增管一结构与原理一结构与原理光电发射效应光电发射效应是指物体受到光照后向外发射电子的现象。是指物体受到光照后向外发射电子的现象。二次电子发射二次电子发射当高速的电子打到金属表面，由于高速电子的动能当高速的电子打到金属表面，由于高速电子的动能被金属吸收，改变了金属原子内电子能量的状态，使有被金属吸收，改变了金属原子内电子能量的状态，使有的电子从金属表面逸出的现象。的电子从金属表面逸出的现象。1、结

2、构、结构真空光电管构造示意图真空光电管构造示意图 真空光电管由真空光电管由玻壳、玻壳、光电阴极和阳极光电阴极和阳极三部三部分组成分组成 5.2 5.2 光电管和光电倍增管的结构原理光电管和光电倍增管的结构原理5.2.1 5.2.1 光电管光电管充气型光电管：充气型光电管：光电管的特点光电管的特点：光电阴极面积：光电阴极面积大，灵敏度较高，一般积分灵大，灵敏度较高，一般积分灵敏度可达敏度可达20200A/lm；暗电；暗电流小，最低可达流小，最低可达10-14A；光电；光电发射弛豫过程极短。发射弛豫过程极短。 缺点缺点：真空光电管一般体积都：真空光电管一般体积都比较大、工作电压高达百伏到比较大、工

3、作电压高达百伏到数百伏、玻壳容易破碎等数百伏、玻壳容易破碎等 Photomultiplier Tube 简称简称PMT1.基本结构基本结构5.2.2 光电倍增管光电倍增管电子光学系统电子光学系统1）. 入射光窗入射光窗 (a)侧窗式侧窗式(b)端窗式端窗式 1 1）光入射通道）光入射通道 2 2）短波阈值）短波阈值 作用：作用：1.基本结构基本结构硼硅玻璃（无钾玻璃）硼硅玻璃（无钾玻璃） 常用的玻璃材料，可以透过从常用的玻璃材料，可以透过从近近红外至红外至300nm的入射光，的入射光，不不适合于紫外区适合于紫外区的探测。的探测。透紫玻璃（透紫玻璃（UVUV玻璃）玻璃） 很好地透过紫外光很好地透

4、过紫外光，和硼硅玻璃，和硼硅玻璃一样被广泛使用。分光应用领域一样被广泛使用。分光应用领域一般都要求用透紫玻璃，其一般都要求用透紫玻璃，其截止截止波长可接近波长可接近185nm。 窗口材料窗口材料合成石英合成石英 紫外光波长紫外光波长延伸至延伸至160nm氟化镁（镁氟化物）氟化镁（镁氟化物）极好的紫外线透过性，极好的紫外线透过性，接近接近115nm，蓝宝石蓝宝石紫外光波长紫外光波长延伸至延伸至150nm2）光电阴极）光电阴极作用作用: :1) 1) 光电转换能力光电转换能力2) 2) 长波波长阈值长波波长阈值3) 3) 决定整管灵敏度决定整管灵敏度3）电子光学系统）电子光学系统 作用作用: :1

5、 1）收集率接近于）收集率接近于1 1 2 2）渡越时间零散最小）渡越时间零散最小 4 4）. .电子倍增极电子倍增极 由许多倍增极组成，决定整管灵敏度最关键由许多倍增极组成，决定整管灵敏度最关键部分部分 作用倍增作用倍增 10-1510-15级倍增极级倍增极4 4）. .电子倍增极电子倍增极 1 1）二次电子发射）二次电子发射 材材 料料一次电子一次电子二次电子二次电子二次电子发射系数：二次电子发射系数： 12nn（1）二次电子发射）二次电子发射 二次电子发射系数：二次电子发射系数： 12nn二次发射系数二次发射系数与一次电子能量关系与一次电子能量关系增大增大Ep，值值反而下降反而下降 不同

6、材料不同材料 max 金属：金属：0.51.8半导体和介质：半导体和介质：56负电子亲和势材料：负电子亲和势材料：500随随Ep增大而增大而增大增大Epmax约为约为1001800eV 8 . 07 . 0,kdkCU内增益极高倍增原理内增益极高倍增原理 （1 1）二次电子发射）二次电子发射 入射光照射到光电阴极入射光照射到光电阴极K上，发射上，发射光电子光电子，经电子光学系，经电子光学系统加速，聚焦到倍增极上，发射出统加速，聚焦到倍增极上，发射出多个二次电子多个二次电子；电子经；电子经n级倍增极级倍增极，形成放大的阳极电流，在负载，形成放大的阳极电流，在负载RL上产生放大上产生放大的信号输出

7、。的信号输出。 4 4）. . 电子倍增极电子倍增极 （2）实用的倍增极材料）实用的倍增极材料 灵敏的光电发射体，也是良好的二次电子发射体灵敏的光电发射体，也是良好的二次电子发射体 a复杂的半导体型：锑铯和锑铯钾等碱金属化合物化合物，复杂的半导体型：锑铯和锑铯钾等碱金属化合物化合物，b氧化物型，主要是氧化镁。氧化物型，主要是氧化镁。c合金型，主要是银镁、铝镁、合金型，主要是银镁、铝镁、铜镁等合金。铜镁等合金。d负电子亲合势发射体。负电子亲合势发射体。（3 3）倍增极结构）倍增极结构光电倍增管中的倍增极一般由光电倍增管中的倍增极一般由几级到十五级几级到十五级组成，组成，光电倍增光电倍增管按倍增极

8、结构可分为聚管按倍增极结构可分为聚焦型与非聚焦型两种。焦型与非聚焦型两种。非聚焦型光电倍增管有百非聚焦型光电倍增管有百叶窗型（图叶窗型（图a）与盒栅式）与盒栅式（图（图b）两种结构；）两种结构；聚焦型有瓦片静电聚焦型聚焦型有瓦片静电聚焦型（图（图c）和圆瓦片式（图）和圆瓦片式（图d）两种结构。两种结构。 倍增极结构形式倍增极结构形式特点特点聚聚焦焦型型直瓦片式直瓦片式极间电子渡越时间零散小，但绝缘支架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可能积累电荷而影响电子光学系统的稳定性。定性。圆瓦片式圆瓦片式结构紧凑，体积小，但灵敏度的均匀性结构紧凑，体积小，但灵敏度的均匀

9、性差些。差些。非非聚聚焦焦型型百叶窗式百叶窗式工作面积大，与大面积光电阴极配合可工作面积大，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，收集率较时，有的电子可能越级穿过，收集率较低，渡越时间零散较大。低，渡越时间零散较大。盒栅式盒栅式收集率较高（可达收集率较高（可达95%），结构紧凑，），结构紧凑，但极间电子渡越时间零散较大。但极间电子渡越时间零散较大。（3 3）倍增极结构）倍增极结构5 5）阳极）阳极作用：作用：收集最末一级倍增极发射出来的二次电子，收集最末一级倍增极发射出来的二次电子，向外电路输出电流。向外电路输出电流

10、。结构：结构：具有较高电子收集率，能承受较大电流密度，具有较高电子收集率，能承受较大电流密度，在阳极附近空间不产生在阳极附近空间不产生空间电荷效应空间电荷效应。阳极广泛采用栅。阳极广泛采用栅网状结构。网状结构。2.2.工作原理工作原理1）.光子透过入射光子透过入射窗口入射在光电阴窗口入射在光电阴极上极上;2).光电阴极上的电子受光子激发，离开表面发射到真空光电阴极上的电子受光子激发，离开表面发射到真空中中;3).光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增级上，倍增级将发射出比入射电子数目更多的二次电倍增级上，倍增级将发射出比入射电子数目更多

11、的二次电子。入射电子经子。入射电子经N级倍增极倍增后，光电子就放大级倍增极倍增后，光电子就放大N次；次；4).经过倍增后的二次电子由阳极收集，形成阳极光电流。经过倍增后的二次电子由阳极收集，形成阳极光电流。3 3、光电倍增管分类、光电倍增管分类n1.按进光方式按进光方式： A侧窗式侧窗式 B端窗式；端窗式；n2.电极工作方式：电极工作方式： A透射式透射式 B反射式；反射式；n3.倍增极数目：倍增极数目： A单极单极 B多极；多极；n4.倍增极系统结构：倍增极系统结构： A盒状盒状 B圆笼式圆笼式 C百叶窗式百叶窗式 D直线瓦片式直线瓦片式n5.光电阴极材料：光电阴极材料：CsSb、Ag-O-

12、Cs、多碱、多碱3 3、光电倍增管分类、光电倍增管分类5.3 光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数1 1灵敏度灵敏度 2 2电流增益电流增益3 3光电特性光电特性4 4光谱特性光谱特性5 5伏安特性伏安特性6 6时间特性时间特性7 7暗电流暗电流8 8疲劳特性疲劳特性9 9噪声噪声1 1灵敏度灵敏度光电倍增管的灵敏度：光电倍增管的灵敏度： 单位：单位：阴极灵敏度阴极灵敏度 A/lm或或A/W阳极灵敏度阳极灵敏度 A/lm 或或 A/W灵敏度是衡量光电倍增管探灵敏度是衡量光电倍增管探测光信号能力的一个重要参测光信号能力的一个重要参数。数。1 1）阴极灵敏度测试图）阴极灵敏度测试图 照

13、射到光电阴极上的光通量约为照射到光电阴极上的光通量约为1010-5-51010-2-2lm lm 100V300V0 VkkIS2）阳极光照灵敏度测试）阳极光照灵敏度测试GVEA10-1010-6 lmApIS 各倍增极和阳极各倍增极和阳极都加上适当电压；都加上适当电压；注明整管所加的注明整管所加的电压电压 2 2电流增益电流增益阳极电流与阴极电流之比称为电流增益阳极电流与阴极电流之比称为电流增益M M（内增益）（内增益） KAKAKASSSSIIM)()(nn22110KA IInIIM0KAnM例如：例如：=4，n=10，M106 光电增益光电增益M1例如，例如， n912，测量精度，测量

14、精度1%电源电源电压稳定度电压稳定度0.1%。3、光电特性、光电特性阳极光电流与入射于光电阴极的光通量之间的函数阳极光电流与入射于光电阴极的光通量之间的函数关系，称为倍增管的光电特性。关系，称为倍增管的光电特性。4 4光谱特性光谱特性 （图（图5 59 9和和5 51010 ）近红外近红外远紫外远紫外可见光可见光短波限短波限窗口材料限制窗口材料限制 长波限长波限阴极材料限制阴极材料限制 5 5伏安特性伏安特性阴极伏安特性阴极伏安特性 阳极伏安特性：阳极伏安特性： 光电二极管伏安特性：光电二极管伏安特性： 恒流源恒流源计算和分析方法相同计算和分析方法相同阳极伏安特性：阳极伏安特性： 光电二极管伏

15、安特性：光电二极管伏安特性： 5 5伏安特性伏安特性阴极伏安特性阴极伏安特性 阳极伏安特性：阳极伏安特性： 交流微变等效电路交流微变等效电路 恒流源恒流源计算和分析方法相同计算和分析方法相同6 6时间特性时间特性器件时间特性器件时间特性 (单位：单位：ns)结结 构构上升时间上升时间渡越时间渡越时间渡越时间散渡越时间散差差直线聚焦型直线聚焦型0.731.350.371.1环形聚焦型环形聚焦型3.4313.6盒栅型盒栅型7577010百叶窗型百叶窗型76010外电路时间特性外电路时间特性 6 6时间特性时间特性HCe01 /1 / 2LfC R当电路时间常数较大，倍增管的上限截止频率：当电路时间

16、常数较大，倍增管的上限截止频率：倍增管的响应时间倍增管的响应时间输出电路的时间常数输出电路的时间常数7 暗电流暗电流光电倍增管的暗电流是指在施加光电倍增管的暗电流是指在施加规定的电压后，在无光照情况下规定的电压后，在无光照情况下测定的阳极电流。测定的阳极电流。光电倍增管的光电倍增管的暗电流值在正常应用的情况下是暗电流值在正常应用的情况下是很小的，一般为很小的，一般为nA，是所有光，是所有光电探测器件中暗电流最低的器件。电探测器件中暗电流最低的器件。 暗电流的来源：暗电流的来源： 光电阴极和和靠近阴极的倍增极的热电子发射，光电阴极和和靠近阴极的倍增极的热电子发射， 是是PMTPMT暗电流的主要成

17、分暗电流的主要成分降低降低PMTPMT的工作温度的工作温度 光电倍增管的极间漏电流光电倍增管的极间漏电流- -欧姆漏电欧姆漏电-清洁清洁 干燥干燥 场致发射场致发射 降低工作电压降低工作电压残余气体放电残余气体放电离子和光的反馈离子和光的反馈9、噪声、噪声8、疲劳特性、疲劳特性部分光电倍增管特性部分光电倍增管特性5.4 光电倍增管的工作电路光电倍增管的工作电路是保证其正常工作的必要条件，在常用的是保证其正常工作的必要条件，在常用的光探测器件中，其工作电路是最为复杂的。光探测器件中，其工作电路是最为复杂的。工作电路：工作电路：高压供电电路高压供电电路信号输出电路信号输出电路分压电阻的确定分压电阻

18、的确定 并联电容的确定并联电容的确定 高压电源高压电源 接地方式接地方式 高压供电电路高压供电电路分压电阻的确定分压电阻的确定 maxAR2010II总电压总电压UAK 在在10001500 V之间，之间，倍增极极间电压倍增极极间电压UD在在80100V之之间可以确定间可以确定分压电阻分压电阻IRIAmax高压供电电路高压供电电路分压电阻的确定分压电阻的确定 实例：实例：说明：说明：i. 第一级对阴极电流形成影响最大第一级对阴极电流形成影响最大,高出高出2030Vii. 中间级均匀分配中间级均匀分配iii. 最后一级最后一级,要高要高,克服空间电荷区的影响克服空间电荷区的影响.高压供电电路高压

19、供电电路并联电容的确定并联电容的确定 探测光脉冲，最后几级脉冲电流很大，极间电压不稳探测光脉冲，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最后几级并联旁路电容C1、C2、C3。 MMkntICnA11数为倍增极的二次发射系3221CCC高压供电电路高压供电电路高压电源高压电源 专用电源：电压波动在专用电源：电压波动在0.050.05以内以内 高压供电电路高压供电电路接地方式接地方式 缺点缺点：阴极负高压，屏蔽：阴极负高压，屏蔽困难，暗电流和噪声大。困难，暗电流和噪声大。优点优点：屏蔽罩靠近阴极，效果：屏蔽罩靠近阴极，效果好；暗电流小，噪声低好；暗电流小，噪声低阳极接地（负高压接法阳

20、极接地（负高压接法 ）阴极接地阴极接地( (正高压接法正高压接法) )优点优点：便于与后面放大器：便于与后面放大器相连，操作安全相连，操作安全缺点缺点：高压不利于安全操作；：高压不利于安全操作；接耐压很高的隔直电容器。接耐压很高的隔直电容器。信号输出电路信号输出电路 交流微变等效电路交流微变等效电路电流源电流源 利用伏安特性：利用伏安特性： 负载电阻设计负载电阻设计 输出电流输出电流 输出电压等计算输出电压等计算信号输出电路信号输出电路 用负载电阻实现用负载电阻实现I/V转换：转换：较大的负载电阻较大的负载电阻1.频率响应变差频率响应变差2.饱和引起非线性饱和引起非线性 负载电阻太大，阳极电压

21、降低 饱和引起非线性饱和引起非线性 信号输出电路信号输出电路 用负载电阻实现用负载电阻实现I/V转换：转换：用运算放大器实现用运算放大器实现I/V转换：转换： 1. 良好的线性良好的线性2. 良好频率响应特性良好频率响应特性3. 转换效率高转换效率高较大的负载电阻较大的负载电阻1.频率响应变差频率响应变差2.饱和引起非线性饱和引起非线性 1)使用前应了解器件的特性。真空光电器件的共同特点使用前应了解器件的特性。真空光电器件的共同特点是灵敏度高、响应快、供电电压高、采用玻璃外壳、抗震性是灵敏度高、响应快、供电电压高、采用玻璃外壳、抗震性差。差。2)使用时不宜用强光照。光照过强时，光电线性会变差使

22、用时不宜用强光照。光照过强时，光电线性会变差而且容易使光电阴极疲劳（轻度疲劳经一段时间可恢复，重而且容易使光电阴极疲劳（轻度疲劳经一段时间可恢复，重度疲劳不能恢复），缩短寿命。度疲劳不能恢复），缩短寿命。3)工作电流不宜过大。工作电流大时会烧毁阴极面，或工作电流不宜过大。工作电流大时会烧毁阴极面，或使倍增级二次电子发射系数下降，增益降低，光电线性变差，使倍增级二次电子发射系数下降，增益降低，光电线性变差，缩短寿命。缩短寿命。4)用来测量交变光时，负载电阻不宜很大，因为负载电用来测量交变光时，负载电阻不宜很大，因为负载电阻和管子的等效电容一起构成电路的时间常数，若负载电阻阻和管子的等效电容一起构

23、成电路的时间常数，若负载电阻较大，时间常数就变大，频带将变窄。用运算放大器作倍增较大，时间常数就变大，频带将变窄。用运算放大器作倍增管输出的电流管输出的电流-电压转换，可以获得较好的频率响应和线性。电压转换，可以获得较好的频率响应和线性。使用注意事项使用注意事项光电倍增管应用举例光电倍增管应用举例超高速超高速碰撞闪光碰撞闪光光电倍增管测量系统光电倍增管测量系统 光电倍增管应用举例光电倍增管应用举例碰撞闪光的光电信号随时间变化曲线 峰前部分碰撞物的速度和碰撞角度、尺寸、密度和组成峰后部分碰撞产生的热羽黑体辐射衰减信号强度峰值持续时间间隔弹丸参数黑体衰减持续时间长短靶板参数。 光电倍增管应用举例光

24、电倍增管应用举例闪烁计数器闪烁计数器： 闪烁晶体（闪烁晶体（NaI） + + 光电倍增管光电倍增管 光电倍增管应用举例光电倍增管应用举例闪烁计数器闪烁计数器： 闪烁晶体（闪烁晶体（NaI） + + 光电倍增管光电倍增管PET系统注入放射性物质，放射正电子，同周围的电子结合淬灭，射出511kev的射线,由探测器接收，可确定体内淬灭电子位置，得到CT像。光电倍增管应用举例光电倍增管应用举例滨松生产的高通量（high-throughput）PET系统 光电倍增管应用举例光电倍增管应用举例 PET扫描图像显示了许多疾病的早期征兆扫描图像显示了许多疾病的早期征兆 本章小结：本章小结：1光电子发射探测器是

25、利用外光电效应制成的器光电子发射探测器是利用外光电效应制成的器 件。光电倍增管：高灵敏度、高响应速度。件。光电倍增管：高灵敏度、高响应速度。2光电阴极：常规光电阴极和负电子亲和势阴光电阴极：常规光电阴极和负电子亲和势阴 极。极。3光电倍增管主要参数。噪声：阴极电流散粒噪光电倍增管主要参数。噪声：阴极电流散粒噪 声和各级倍增极的散粒噪声。声和各级倍增极的散粒噪声。 4光电倍增管工作电路：高压供电电路和信号输光电倍增管工作电路：高压供电电路和信号输出出 电路。电路。6 光电倍增管的应用光电倍增管的应用1.1.紫外紫外/可见可见/近红外分光光度计近红外分光光度计 光通过物质时使物质的电子状态发生变化

26、，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、一、光谱测量光谱测量2.2.原子吸收分光光度计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增管检测光被吸收的强度，并与预先得到的标准样品比较。样

27、品比较。 二、二、极微弱光信号的探测极微弱光信号的探测光子计数光子计数现在的光子计数系统，可探测到每秒现在的光子计数系统，可探测到每秒10-12个光子水平的极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。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。噪

28、声。1)使用前应了解器件的特性。真空光电器件的共同特点使用前应了解器件的特性。真空光电器件的共同特点是灵敏度高、响应快、供电电压高、采用玻璃外壳、抗震性是灵敏度高、响应快、供电电压高、采用玻璃外壳、抗震性差。差。2)使用时不宜用强光照。光照过强时，光电线性会变差使用时不宜用强光照。光照过强时，光电线性会变差而且容易使光电阴极疲劳（轻度疲劳经一段时间可恢复，重而且容易使光电阴极疲劳（轻度疲劳经一段时间可恢复，重度疲劳不能恢复），缩短寿命。度疲劳不能恢复），缩短寿命。3)工作电流不宜过大。工作电流大时会烧毁阴极面，或工作电流不宜过大。工作电流大时会烧毁阴极面，或使倍增级二次电子发射系数下降，增益降

29、低，光电线性变差，使倍增级二次电子发射系数下降，增益降低，光电线性变差，缩短寿命。缩短寿命。4)用来测量交变光时，负载电阻不宜很大，因为负载电用来测量交变光时，负载电阻不宜很大，因为负载电阻和管子的等效电容一起构成电路的时间常数，若负载电阻阻和管子的等效电容一起构成电路的时间常数，若负载电阻较大，时间常数就变大，频带将变窄。较大，时间常数就变大，频带将变窄。使用注意事项使用注意事项 光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极等 五个主要部分组成，其外形如图。入射光窗口光电阴极电子倍增器阳极聚焦极管脚1、结构、结构2、工作原理、工作原理光子透过入射窗口入射到光电阴极上光电阴极的

30、电子受光子激发，离开表面发射到真空中光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上， 倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子。入射电子经N 级倍增极倍增后，光电子就放大N次。经过倍增后的二次电子由阳极A收集起来，形成阳极光电流，在 负载RL上产生信号电压。hKAD1D2DnR1R2RnRlV0二组成部分二组成部分1、光窗、光窗 光窗是入射光的通道，是对光吸收较多的部分。通常有侧窗和端窗两光窗是入射光的通道，是对光吸收较多的部分。通常有侧窗和端窗两种，侧窗一般使用反射式光电阴极，而端窗一般使用半透明光电阴极，光种，侧窗一般使用反射式光电阴极，而端窗一般使用半透明光电阴极，光电阴极

31、材料沉积在入射窗的内侧面。常用的光窗材料有钠钙玻璃、硼硅玻电阴极材料沉积在入射窗的内侧面。常用的光窗材料有钠钙玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、熔凝石英和氟镁玻璃等。璃、紫外玻璃、熔凝石英和氟镁玻璃等。如：硼硅玻璃，其透射光谱范围从如：硼硅玻璃，其透射光谱范围从300nm到红外到红外 熔融石英，其透紫外波长可达到熔融石英，其透紫外波长可达到160nm2、光电阴极、光电阴极 它的作用是接收入射光，向外发射光电子。制作光电阴它的作用是接收入射光，向外发射光电子。制作光电阴极的材料多是化合物半导体，它决定了倍增管光谱特性的极的材料多是化合物半导体，它决定了倍增管光谱特性的长波阈值，同时也决定了整管的灵敏度。

32、长波阈值，同时也决定了整管的灵敏度。3、电子光学系统、电子光学系统 主要有两方面的作用：主要有两方面的作用： 使光电阴极发射的光电子尽可能全部会聚到第一倍使光电阴极发射的光电子尽可能全部会聚到第一倍增极上，而将其它部分的杂散热电子散射掉，提高信噪比，增极上，而将其它部分的杂散热电子散射掉，提高信噪比，一般用电子收集率一般用电子收集率 o表示。表示。 使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中渡越使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中渡越时间尽可能相等，使渡越时间差异最小，以保证光电倍增时间尽可能相等，使渡越时间差异最小，以保证光电倍增管的快速响应，一般渡越时间的离散性管的快速响应，一般渡越

33、时间的离散性t用表示。用表示。4、倍增系统、倍增系统 倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成的，具有使一次电子倍增的能力。因此倍增系统次电子倍增材料构成的，具有使一次电子倍增的能力。因此倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。是决定整管灵敏度最关键的部分。（1）二次发射电子）二次发射电子 具有足够动能的电子轰击某些材料时，材料表面将发射新的电子，具有足够动能的电子轰击某些材料时，材料表面将发射新的电子，种现象称为二次电子发射。轰击材料的入射电子称为一次电子。种现象称为二次电子发射。轰击材料的入射电子称为一次电

34、子。（2）倍增极的原理及结构）倍增极的原理及结构5倍增系统倍增系统 倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成的，具有使一次电子倍增的都是由二次电子倍增材料构成的，具有使一次电子倍增的能力。倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。能力。倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。 光电倍增管的电流放大系数光电倍增管的电流放大系数:niI0niI0 光电倍增管的阳极电流和阴极电流的关系光电倍增管的阳极电流和阴极电流的关系: : 2光电倍增管的特性：光电倍增管的特性：v 光电特性v 光谱特性v 伏安特性v 放大特性v 频率特性v

35、疲乏特性v 暗电流I=0 特点：线性增加，然后偏离直线。特点：线性增加，然后偏离直线。 分析：分析： （1 1）疲乏）疲乏 （2 2）空间电荷）空间电荷 RL AD4 D3D2D1 KR5R4 R3R2R1 +-v 光电特性特点：带内响应，带外截止，并有峰值存在。特点：带内响应，带外截止，并有峰值存在。分析分析： （1 1）短波限）短波限 （2 2）长波限）长波限啊v 光谱特性光谱特性 RL AD4 D3D2D1 KR5R4 R3R2R1 +-特点：特点： （1 1）光通量不变，曲线由上升和饱和。）光通量不变，曲线由上升和饱和。 （2 2）电压）电压不变，阳极电流随光通量增加。不变，阳极电流随光通量增加。v 伏安特性