光电信息转换器件光电倍增管

1、一结构与原理 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3.1.1-1所示。侧窗式端窗式1光窗 光窗是入射光的通道，是对光吸收较多的部分。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。2光电阴极 它的作用是接收入射光，向外发射光电子。制作光电阴极的材料多是化合物半导体。3电子光学系统 任务：（1）通过对电极结构的适当设计，使前一级发射出来的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上，使下一级的收集率接近于1；（2）使前一级各部分发射出来的电子，落到后一级上时所经历的时间尽可能相同，使渡越时间零散最小。4倍增系统 倍增系统是由许

2、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。倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。光电倍增管是利用二次电子发射（当高速的电子打击到金属表面，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，使有些电子从金属表面逸出）现象制成的。 如果每个电子落到某一倍增极上从该倍增极打出个二次电子，那么很明显地：niI0式中， I 阳极电流; i0 光阴极发出的光电流; n 光电倍增极的级数。 光电倍增管的电流放大系数可用下式表示: = = 倍增系统有聚焦型和非聚焦型两类。聚焦型倍增系统倍增极的结构形式有直瓦片式、圆瓦片式;非聚焦倍增系统倍增极的结构形式

3、有百叶窗式和盒棚式。0iIn5阳极 阳极是用来收集最末一级倍增极发射出来的电子的。现在普遍采用金属网来作阳极，使它置于靠近于最末一级倍增极附近。 二光电倍增管的特性： 1光电特性 2光谱特性 3. 伏安特性 4放大特性 5. 频率特性 6疲乏特性 7. 暗电流I=0 当光通量很大时，特性曲线开始明显偏离直线。因此，在工作时阴极不能有强光照射，否则易损坏管子。因它的灵敏度高，光电倍增管允许测量非常小的光通量，或所需放大器的级数可以较少。光电倍增管的光谱响应，在较长的波长取决于所用光电发射材料的性能，而较短的波长则主要取决于窗材料的透射特性。图中示出了锑钾铯（Sb-Sb-K-CsK-Cs）光电阴极

4、的光谱特性，最灵敏的光谱波长约在40004000埃处。相应于不同光通量值的阳极伏安特性示于图中，它表示阳极电流I I对于最后一级倍增极和阳极间的电压U U的关系。作此曲线时，其余各电极的电压保持恒定。光电倍增管的电流放大系数或灵敏度随电源电压U U增大的关系，称为放大特性。随着电源电压升高，电子在电场中的速度加快，动能增大，电子在倍增电极中可打出更多的二次发射电子，因而放大系数或灵敏度增大。曲线1 1和2 2各画出了相应于横坐标所给阳极电流I I值。若测量过程中，阳极电流不超过1 1毫安，则每次测量后，把管子放在暗室中几昼夜，其灵敏度能恢复到近于初始值。管子工作的头几分钟，疲劳得最快，以后疲劳

5、过程就逐渐缓慢了，即使阳极电流非常微弱，还是有疲劳现象，只是灵敏度得降低相当慢而已。暗电流I I=0=0的一个重要来源，是光电阴极和光电倍增极的热电子发射。温度T T越高，热电子发射越多，则暗电流越大，如图3.1.1-5 (f)(f)所示。如果需要较小的暗电流，可通过冷却光电倍增管来减小暗电流。暗电流的另一组成部分是光电倍增管的漏电流。三、分析与计算 对测量直流信号，为了保证管子工作于线形状态，分压器电流应不小于阳极电流的20倍。但过分增大分压器电流，假如分压器又靠近管子，则管子受到分压器的加热而增大暗电流和噪声。分压器电阻的功率应为计算功率的2倍，这样可预防由于电阻发热而引起阻值改变。 输出

6、大脉冲电流(如100毫安以上)，用一般分压器会出现饱和，这时可使后面几级间的分压电阻为前面的几倍至十几倍，饱和电流会大大提高。 为了避免在最后几个倍增极上由于信号脉冲电流过大而影响级间电位分布，需在若干个极间接上储能电容。设输出脉冲为矩形波，如要求极间电压变化小于1，则旁路电容值的大小可按下式计算：UtICa100式中 Ia 阳极电流脉冲幅度(安)； t 脉冲宽度(秒)； U 阳极与最后一级(末级)倍增极之间的电压(伏)； C 储能电容(法拉)。式中， I 阳极电流; i0 光阴极发出的光电流; n 光电倍增极的级数。 光电倍增管的电流放大系数可用下式表示: = = 倍增系统有聚焦型和非聚焦型两类。聚焦型倍增系统倍增极的结构形式有直瓦片式、圆瓦片式;非聚焦倍增系统倍增极的结构形式有百叶窗式和盒棚式。0iIn5阳极 阳极是用来收集最末一级倍增极发射出来的电子的。现在普遍采用金属网来作阳极，使它置于靠近于最末一级倍增极附近。 二光电倍增管的特性： 1光电特性 2光谱特性 3.