第5章真空光电器件

① 光子透过入射窗
口入射在光电阴极 K上
K D1 D2
P
UO
Dn
RL
② 光电阴极K受光照激 发，表面发射光电子
R1 R2 -HV
Rn-1 Rn
③ 光电子被电子光学系统加速
和聚焦后入射到第一倍增极D1 上，将发射出比入射电子数更
多的二次电子。入射电子经N级 倍增后，光电子数就放大N次
④ 经过倍增后的二次电 子由阳极P收集起来，形 成阳极光电流Ip，在负载
RL上产生信号电压Ｕ0。
了解：PMT的特性参数：暗电流、噪声、线性、稳定性、滞 后效应、时间特性、磁场特性;
理解：PMT的特性参数：灵敏度、电流放大倍数、伏安特性;
了解：PMT的供电和信号输出电路;
理解：微通道管的结构，工作原理；微通道板的结构、工作 原理以及MCPPMT的结构、工作原理和优缺点；
室温下典型光电阴极 每秒每平方厘米发射 的热电子相当于
热电子发射会引
起噪声，限制了探测 器灵敏度极限。
l0-16 ～10-17A/cm2
(二).光电阴极的分类 光电阴极一般分为:透射型与反射型两种。
不透明阴极通常较 厚，光照射到阴极上， 光电子从同一面发射 出来，所以不透明光 电阴极又称为反射型 阴极
b.PMT常用的窗口材料
熔融石英
透紫外玻璃
PMT收常越用光多的窗，窗材所口料以材对倍料光增的管吸光收谱与特波性长硼的有硅短关玻波，璃阈波值长决越定短于吸光
窗材料。
蓝宝石
MgF2 硼硅玻璃:透射范围从300nm到HW
透紫外玻璃:紫外短波透射截止波长可延伸到185nm
熔融石英（SiO2）:在远紫外区有相当好的透过率，短波 截止波长可达到160nm
什么是一次
和二次电子？
பைடு நூலகம்
数Nl的极 从把比表倍当二值面增具次定将极有发义发表足射为射 面够的该新发动电材的射能子料电的的数的子电电N2二与。子子次入称为轰发射入二击射的射次倍系一的电增数次电子极电子材 子为料 一N时2次，电倍子增，
N1
二次电子发射过程三个阶段
312)) 内到材二达料次界吸电面收子的一中内次初二电速次子指电的向子能表中量面能，的量激那大发一于体部表内分面电向势子表垒到面的高运电能动子， 发态射，在到这运真些动空受中中激因，电散成子射为称而二为损次内失电二部子次分。电能子量；；
(2) 色光灵敏度
HB:中国红色玻璃
它表示在某些特定的波长区域，阴极光电流与入射光 的光通量之比。
一般用不同的实的滤际积光上分片是灵来局敏获部度得波不长同范的围光谱范围，滤光片 的透射比不同，它又分别称为蓝光灵敏度、红光灵敏度及 红外灵敏。
(3) 光谱灵敏度
波长一定的单色光照射时，光电阴极发出的光电流
（b）倍增极材料(大致可分以下四类)
(13423））)倍银合负氧增氧金电化极铯型子物结和亲:型构锑合: 铯势银两材镁氧种料、化化:铝镁铯合镁、激物、氧活:铜化是的镁钡灵磷、等敏化镍。的镓镁光等、电铜发铍射等体合和金良好 的二光次电电倍子增发管射中体的。倍增极一般由几级到十五级组成。根 据电子的轨迹又可分为聚焦型和非聚焦型两大类。
大射系到数(它3的阴)上阳乘极面极积的的灵，光光敏而照通度其灵量光敏之谱度比响定S K应义曲为线光I K基阴本极上产与生阴的极光的电相流同与。入 阳极光照灵敏度表示S光P电倍I增P 管在接收分布温度为
2856K的光辐射时阳极输出信号电流与入射到阴极上的光 通量之与比阴极灵敏度相对应，阳极灵敏度也有蓝光灵敏度、 红光灵敏度及单色灵敏度
2.电流放大倍数
间电压光的电函倍数增，管有倍以增下极关的系M二:次电II子kp 发射C系U数dk 是倍增极
C是常数；k值与倍增极的材料和结构有关，一般为 0.7~0.8;Ud为倍增极之间电压。
为什么呢！ 放大倍数与光电倍增管所加电压U的关系为:
理解：二次电子发射原理和二次电子发射过程三个阶段。
真空光电器件是基于外光电效应的光电探测器
真空光电器件包括光电管和光电倍增管
结构特点:有一个真空管、一个光电阴极和一个光电阳 极。光电阴极和其它元件都放在真空管中。
什么是光电阴极?
能够产生光电发射效应的物体称为光电发射体，光电 发射体在光电器件中常与阴极相联故称为光电阴极 。
倍增极聚结焦构不形是式指: 使鼠电笼子式束会盒聚栅于式一点直，线而聚是焦指型电子从前一 级倍增极百飞叶向窗后式一级近倍贴增栅极网时式，在两微电通极道间板的式电子运动轨 迹，可能有交叉。非聚焦则是指在两电极间的电子运动轨 迹是平行的
光电倍增管的性能取决于倍增极的结构类型和光电阴 极的尺寸和聚焦系统。
好这 线 构适输应，种性时用出频主但多时结，，于电率要微极时用间构抗可最端流仅特通快间于响的磁以大窗大几点道，响端应光场做特式并十是板 抗应窗很电 影 成点光且兆式磁稍式快倍响位是电稳赫光场慢光，增能置结倍定。子电干一电线管力敏构增，收倍扰些倍性具强感紧管但集增能。增好有。型凑。响率管力管。极当器，特应高的强;好阳件时点时，响、主的极。间:间均应线要管均采响较匀速性特子匀 用应慢性度 好点的性多快，和。是均和电。最稳匀脉极高定性冲结响性好较，
● 光(2吸)单透收碱射系锑型数化光大合谱；物响(P应E:A3)00nm到1200nm，反射型光谱响
● ● ●
应 探光表热都在(((5K最红34测:)电面电))紫是3、紫多负实外0。某负子势子外能金0S外这碱电用端锑mb些电在垒发形和属光-些锑子的可和到K应子体低射成可锑电材化亲-光延几1C用亲1内（系具见与阴料合合电伸0种s和，和0传电数有光碱极的物能阴到n碱三要势输子小m稳区金材真材(极9金P。碱3求 材时亲。定的属料E空料0材属A锑n光料受和A光灵锂能(料形mg)N材电制到势-电敏、，级OE，成料阴作的小A发度钠-适在具的C)S极的能）射最、s用导b有化光材光量，-的高钾N于带高合电料电损使a发。、宽之灵物-阴K只阴失电射铯带中敏包极-对极小子C材中光，度括主s所与，从等料的谱从和双要探 正使表，，一测而宽碱应测电溢面S种量使C光锑用b的子出溢s构-仪有谱S材N于紫亲深出b成a.效响料最近-外和度的K的的应S为红-辐势大概b化C电，常-外sN射材；率合是子其用a大物- ，；，
(4).阳极 阳极的作用： 是收集从末级倍增极发射出的二次电子 对阳极的要求： ●有较高的电子收集率； ●能承受较大的电流密度； ●具有小的输出电容； ●其附近空间不产生空间电荷效应； ●目前广泛采用的结构是栅网状。
(二).PMT的工作原理
为最了基使本光的电方子法能是有在效阴地极被和各阳倍极增之极间电加极上收适集当并的倍高增压，， 阴阴极极与接第负一，倍阳增极极接、正各，倍外增部极并之接间一以系及列末电级阻倍，增使极各与电阳极极之 之间间获都得必一须定施的加分一压定: 的电压。
亲灵料和敏光势，电变对阴为可极负见相值光比，无,具这响有种应以材。下料这四称种点作材特负料点电通子常亲称和为势“光日电盲阴”极型材光
料电。阴常极用材的料有，:也Ga称A紫s(C外s光)和电In阴G极aA材s(料Cs。) 目前实用的紫外光
电阴● 量极子碲效化率铯高(C，sT溢e)和出碘深化度铯大(；Csl)两种。
该管是一种超小型的PMT，适用于光谱学、电子显微镜、闪烁计数 和高能物理研究等方面。
由于它采用了端窗式半透明锑钾铯（双碱）光电阴极和10级直线静
(电 高 为 （a光 和1.)聚、最8窗.窗端0入焦暗Ａ 大其口有窗射式电5主/形0l侧 两窗倍流ｎ要ｍ式窗种增小Ａ技时口系、)术，;统脉指(阳３及冲标极)电通侧射锑上为电光管光极窗侧 管 式 且 笼窗光钾 升压谱:倍过面光P(通电材的侧端应和量M端增壳入窗一光大式铯 时典响１是的增管接，T这常阴料内窗窗二 间型应)用发中的窗管的射式般电多倍入通阴管壳收种次 短使极沉侧8范型式在光光式是端光光使阴数增0极射道是的入型发 等围0用，积面光光光强光通面Ｖ灵电用极采极射 优为式半光在(敏电谱度电过接倍反，用结极 点最 3一0度透电入倍仪测倍管收增射而鼠构， 。0大≥～般明阴射增因1306而005μ00具ＶｎA有/)ｍl，尺ｍ。暗寸；电小(流２侧窗、典)阳阳型极极值端窗灵灵5敏敏ｎ度度Ａ
了解：PMT的应用。
三 PMT的主要特性参数
1．灵敏度 灵敏度是衡量光电倍增管探测光信号能力的一个重要参
数:包括光谱响应,阴极灵敏度,阳极灵敏度.
(1)光谱响应
阴阳极极的的光光谱谱灵响敏应度曲取线决基于本光上电与阴阴极极和的窗相口同的。材料性质。 阳极的(2光)阴谱极灵灵敏敏度度等于阴极的光谱灵敏度与光电倍增管放
● 光谱响应率均匀,且光谱响应延伸到红外；
● 热电长子波发射限小为，表面附近长无自波由限电为子，P-Si禁带宽度大，
热激发很0.小32；µm
0.2µm
● 光电子的能量集中。
二 光电管与光电倍增管 (一). 光电管(PT)
光电管主要由玻壳 （光窗）、光电阴极 和阳极三部分组成
PT内可以抽成真空也可 以充入低压惰性气体，有真 空型和充气型两种。
透射型阴极通常制作 在透透射明型介阴质极上光，电光子通的过 逸透出明深介度质是后有入限射的到，光因电 此阴，极所上有。半光透电明子光则电从阴光 极电都阴有极一的个另最一佳边厚发度射。出 来，所以透射型阴极又 称为半透明光电阴极。
(三). 常用光电阴极材料
一个(1好) A的g光-O电-C发s具射有材良料好，的应可具见备和下近列红条外件响：应。
与入射的单色光通量之比。
2.量子效率
S() I () e ()
阴极发射的光电子数 Ne(λ)与入射的光子数 Np(λ)之比，
称为量子效率:
() Ne ()
Np ()
可以看出：
量子效率和光谱灵敏度之间的关系:
量子效率和
光谱灵敏度
() I () / q S()hc S()1240
蓝宝石(Al2O3晶体) :紫外透过率处于熔融石英和透紫外 玻璃之间，紫外截止波长可以达到150nm。
MgF2:短波透射波长可到115nm
(2).电子光学系统
电子光学系统:阴极到倍增系统第一倍增极之间的电极 空间.包括:光电阴极、聚焦极、加速极及第一倍增极。
电子光学系统的主要作用有两点
1) 使光电阴极发射的光电子尽可能全部汇聚到第一 倍增极上，而将其他部分的杂散热电子散射掉，提高信噪 比. 倍增极收集电子的能力通常用电子收集率表示；
第5章 真空光电器件
了解：光电阴极的定义和真空光电器件的定义、分类、结构；
了解：倍增极结构、特点和阳极的作用；
理解：常用光电阴极的材料：Ag-O-Cs、单碱锑化合物(PEA)、 多碱锑化合物(PEA)、负电子亲合势材料(NEA)和紫外 光电阴极材料；
理解：负电子亲和势材料的光电阴极具有四个特点； 理解：光电管与光电倍增管结构、组成、工作原理；
一.光电阴极 (一).光电阴极的主要参数
1. 灵敏度 2.量子效率
3.光谱响应曲线
4.热电子发射
1.灵敏度 灵敏度
光照灵敏度 色光灵敏度 光谱灵敏度
(1)光照灵敏度 色温2856K的钨丝灯
在一定的白光照射下，Q光B电:中阴国极青的色光或电兰流色与入射的白
光光通量之比,也称白光灵敏度玻或璃积(分德灵国敏:B度G)。
e () / h q

是同一物理 意义的两种
不同描述
式中,λ单位为nm； S(λ)为光谱灵敏度，单位为A/W。
3.光谱响应曲线
光电阴极的光谱灵敏度与入射光波长的关系曲
线，称为光谱响应曲线。
S(λ)
4.热电子发射
λ/nm
光电阴极中有一些电子的热能有可能大于光电 阴极逸出功，因而可产生热电子发射。
0
2) 使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中 渡越的时间尽可能相等，这样可以保证光电倍增管的快速 响应. 通常用渡越时间离散性表示。
t
(3)．电子倍增极
倍增系统是由许多倍增极组成，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 增系统决定整管灵敏度。
(a) 二次电子发射原理
简述真空型和充气型两 种光电管的工作原理?
工作原理
(二). 光电倍增管(PMT)
GDB-223 1．光光电电倍倍增增管管的是结在构光电管的基础上研制出来的一种真空光 电器件光，电在倍结增构管上主增要加由了入电射子窗光口学、系光统电和阴电极子、倍电增子极光，学因系此统、 极电大子的倍提增高系了统检和测阳灵极敏五度个。主要部分组成。