光电倍增管PPT课件
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光电倍增管PMT
雪崩光电二极管（APD）、
增强型光电二极管（IPD）、 微通道板（MCP）、 微球板（MSP） 真空光电二极管（VAPD）
6
1.光电倍增管（PMT）单光子探测器
单光子探测需要的光电倍增管要求增益高、暗电流小、
噪声低、时间分辨率高、量子效率高、较小的上升和下 降时间。
特点：
具有高的增益（104～107）； 大光敏面积； 低噪声等效功率（NEP）；
光子探测了，一般选用InGaAs-APD，但由于制造工艺的 问题，目前还没有专门针对单光子探测的商用InGaAsAPD。目前对这两个波段的单光子探测一般都是关于利用 现有针对光纤通信的商用APD，通过优化外围驱动电路， 改善工作环境，使其达到单光子探测的目的。
14
目前对单光子探测器将主要从两个方面去研究
32
阳极接地的优点：可直接与前置放大器耦合。缺点是噪声
比较大。
这种接法：阴极为负高压，光电倍增管工作时为了安全一
般外罩必须接地，这就意味着外罩的壁和光电倍增管内部电 极之间有很大的负压，特别是对阳极和靠近阳极的倍增极， 由于这个高压，可能在阴极和倍增极与外罩间形成漏电流， 这个漏电流流经玻璃时会产生荧光。荧光发射的光子将会到 达光阴极，产生误计数。
Δ τ 很小，渡越时间τ 也较小。若将其光阴极也制成曲面形状， 则这种管子最为适宜作光子计数器使用。
聚焦电极
K
A
22
3.PMT的增益与二次电子发射系数回顾
倍增管的增益G定义为
Ia G Ik
二次电子发射系数δ又称为倍增系数
δ值一般为3~6，视倍增极的材料和工作偏压而定。
N2 N1
23
在理想情况下，设阴极和倍增极发射的电子都被阳极所
光电子器件 第3章_光电阴极和光电倍增管
金属因其自由电子浓度大，光电子逸出深度很浅， 因此金属不是良好的光电发射体。
非简并半导体，自由电子很少， 电子散射可以忽略。
能量损失的主要原因： 晶格散射、 光电子与价键中电子的碰撞 这种碰撞电离产生了二次电
子空穴对。
desc
半导体
界面 真空
例：对于硅材料，当被激的光电子与晶格发生散射，相互
交换声子；每散射一次，平均损失能量为0.06eV， 相应平均自
编号规则：
根据国际电子工业协会的规定，把NEA光电阴极 出现以前的各种光电阴极,按其发现的先后顺序和所配 的窗材料的不同以S-数字形式编排，
常称为实用光电阴极。
1.银氧铯光电阴极
❖ 银氧铯(Ag-O-Cs) (S-1) 是最早出现的一种实用光电阴极，它对可见光和
近红外灵敏，早期在红外变像管中得到应用，在实 用光电阴极中可用于红外探测。
❖ 锑铯光电阴极制备工艺比较简单，仅由Cs和Sb两种 元素组成，结构简单。
3．多碱光电阴极
❖ 锑铯光电阴极是锑与一种碱金属的化合物，也可称 为单碱光电阴极。
❖ 锑与几种碱金属形成化合物，其中有 双碱(如Sb-K-Cs, Sb-Rb-Cs等)， 三碱(如Sb-Na-K-Cs) 四碱(如Sb-K-Na-Rb-Cs)等，
光 热
因为在绝对零度时光电子处在最高能量即费米能
级，金属逸出功多数要大于3eV，所以金属的光谱
响应大多在紫外区。
因为本征半导体的费米能级是在禁带中间，如图3-3。
热
E0
EF
1 2
Eg
EA
光
热
1 2
Eg
❖ 所以对于半导体，其光电逸出功和热电子发射逸出 功是不同的。对于杂质发射体，其光电子发射中心 是在杂质能级上。
非简并半导体，自由电子很少， 电子散射可以忽略。
能量损失的主要原因： 晶格散射、 光电子与价键中电子的碰撞 这种碰撞电离产生了二次电
子空穴对。
desc
半导体
界面 真空
例：对于硅材料，当被激的光电子与晶格发生散射，相互
交换声子；每散射一次，平均损失能量为0.06eV， 相应平均自
编号规则：
根据国际电子工业协会的规定，把NEA光电阴极 出现以前的各种光电阴极,按其发现的先后顺序和所配 的窗材料的不同以S-数字形式编排，
常称为实用光电阴极。
1.银氧铯光电阴极
❖ 银氧铯(Ag-O-Cs) (S-1) 是最早出现的一种实用光电阴极，它对可见光和
近红外灵敏，早期在红外变像管中得到应用，在实 用光电阴极中可用于红外探测。
❖ 锑铯光电阴极制备工艺比较简单，仅由Cs和Sb两种 元素组成，结构简单。
3．多碱光电阴极
❖ 锑铯光电阴极是锑与一种碱金属的化合物，也可称 为单碱光电阴极。
❖ 锑与几种碱金属形成化合物，其中有 双碱(如Sb-K-Cs, Sb-Rb-Cs等)， 三碱(如Sb-Na-K-Cs) 四碱(如Sb-K-Na-Rb-Cs)等，
光 热
因为在绝对零度时光电子处在最高能量即费米能
级，金属逸出功多数要大于3eV，所以金属的光谱
响应大多在紫外区。
因为本征半导体的费米能级是在禁带中间，如图3-3。
热
E0
EF
1 2
Eg
EA
光
热
1 2
Eg
❖ 所以对于半导体，其光电逸出功和热电子发射逸出 功是不同的。对于杂质发射体，其光电子发射中心 是在杂质能级上。
光电倍增管原理 共40页PPT资料
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 1.光电阴极面积大，暗电流小； 光照灵敏度高 点 2.驰豫过程小。
1.灵敏度低；
缺 2.体积大； 点 3.玻璃体，易碎。
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（Input window ) ——光电阴极(Photo cathode) ——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
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。
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
（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；
——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 1.光电阴极面积大，暗电流小； 光照灵敏度高 点 2.驰豫过程小。
1.灵敏度低；
缺 2.体积大； 点 3.玻璃体，易碎。
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（Input window ) ——光电阴极(Photo cathode) ——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
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。
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
（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；
光电倍增管
RL
arctan 1
Rg
arctan 1
Rd
负载电阻 工作亮电阻 暗电阻
光敏电阻偏置电压
在一定光照下，有一固定电流i流过光敏电阻，这个电流将在工 作电阻上产生热损耗功率
iu i2Rg
光敏电阻工作时不能超过额定的最大耗散功率，因此光敏电阻 工作在任何光照下都必须满足
i2Rg Pmax
光敏电阻的阻值随温度变化而变化的变化率,在弱光 照和强光照时都较大,而中等光照时,则较小。
例：CdS光敏电阻的温度系数在10lx照度时约为0；照度高于10lx 时，温度系数为正；小于10lx时，温度系数反而为负；照度偏离 10lx愈多，温度系数也愈大。
另外，当环境温度在0～+60℃的范围内时，光敏电 阻的响应速度几乎不变；而在低温环境下，光敏电阻的响 应速度变慢。例如，-30℃时的响应时间约为+20℃时的 两倍。
光电倍增管的玻壳上涂覆导电层并联接至阴极的称作“HA涂层”的服务。
4） 漏电电流
漏电电流源于光电倍增管的芯柱和管基、管座等，是暗电流的 一部分。尤其是当光电倍增管工作在较低电压和较低温度时其所占 暗电流成分愈大。光电倍增管的表面污染和水分附着造成漏电电流 增大，因此要尽量避免。在测定微弱电流时，要清洁、干燥芯柱、 管基、管座等。
这里的C为一常数，Vd为极间电压(加速电压) ，k为一由倍增极材料 及其几何Байду номын сангаас构决定的系数，其数值一般介于0.7和0.8之间。
总的电流增益为
C n VdKn
光电倍增管的输出信号特别地容易受到所加电压的波动的影响， 所以供电电压一定要有很好的稳定性、较小的纹波、漂移和温度系 数。
阳极暗电流
光电倍增管
arctan 1
Rg
arctan 1
Rd
负载电阻 工作亮电阻 暗电阻
光敏电阻偏置电压
在一定光照下，有一固定电流i流过光敏电阻，这个电流将在工 作电阻上产生热损耗功率
iu i2Rg
光敏电阻工作时不能超过额定的最大耗散功率，因此光敏电阻 工作在任何光照下都必须满足
i2Rg Pmax
光敏电阻的阻值随温度变化而变化的变化率,在弱光 照和强光照时都较大,而中等光照时,则较小。
例：CdS光敏电阻的温度系数在10lx照度时约为0；照度高于10lx 时，温度系数为正；小于10lx时，温度系数反而为负；照度偏离 10lx愈多，温度系数也愈大。
另外，当环境温度在0～+60℃的范围内时，光敏电 阻的响应速度几乎不变；而在低温环境下，光敏电阻的响 应速度变慢。例如，-30℃时的响应时间约为+20℃时的 两倍。
光电倍增管的玻壳上涂覆导电层并联接至阴极的称作“HA涂层”的服务。
4） 漏电电流
漏电电流源于光电倍增管的芯柱和管基、管座等，是暗电流的 一部分。尤其是当光电倍增管工作在较低电压和较低温度时其所占 暗电流成分愈大。光电倍增管的表面污染和水分附着造成漏电电流 增大，因此要尽量避免。在测定微弱电流时，要清洁、干燥芯柱、 管基、管座等。
这里的C为一常数，Vd为极间电压(加速电压) ，k为一由倍增极材料 及其几何Байду номын сангаас构决定的系数，其数值一般介于0.7和0.8之间。
总的电流增益为
C n VdKn
光电倍增管的输出信号特别地容易受到所加电压的波动的影响， 所以供电电压一定要有很好的稳定性、较小的纹波、漂移和温度系 数。
阳极暗电流
光电倍增管
光电倍增管
简介
光电倍增管是将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中。 它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。闪烁计数器的出现，扩大了光电倍 增管的应用范围。激光检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收器密切有关。电视电影的发射和图象传送 也离不开光电倍增管。光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空 间研究等领域。
基于外光电效应和二次电子发射效应的电子真空器件。它利用二次电子发射使逸出的光电子倍增，获得远高 于光电管的灵敏度，能测量微弱的光信号。光电倍增管包括阴极室和由若干打拿极组成的二次发射倍增系统两部 分（见图）。阴极室的结构与光阴极K的尺寸和形状有关,它的作用是把阴极在光照下由外光电效应（见光电式传 感器）产生的电子聚焦在面积比光阴极小的第一打拿极D1的表面上。二次发射倍增系统是最复杂的部分。打拿极 主要由那些能在较小入射电子能量下有较高的灵敏度和二次发射系数的材料制成。常用的打拿极材料有锑化铯、 氧化的银镁合金和氧化的铜铍合金等。打拿极的形状应有利于将前一级发射的电子收集到下一极。在各打拿极 D1、D2、D3…和阳极A上依次加有逐渐增高的正电压,而且相邻两极之间的电压差应使二次发射系数大于1。这样, 光阴极发射的电子在D1电场的作用下以高速射向打拿极D1,产生更多的二次发射电子,于是这些电子又在D2电场的 作用下向D2飞去。如此继续下去，每个光电子将激发成倍增加的二次发射电子，最后被阳极收集。电子倍增系统 有聚焦型和非聚焦型两类。聚焦型的打拿极把来自前一级的电子经倍增后聚焦到下一级去，两极之间可能发生电 子束轨迹的交叉。非聚焦型又分为圆环瓦片式（即鼠笼式）、直线瓦片式、盒栅式和百叶窗式。
倍增方式
光电倍增管介绍
光电倍增管是现代精密微辐射探测仪中最关键的电子器件之一，种类较多，分 类方法不一，主要有以下两类： (1) 按进光方式分为：侧窗式、端窗式和无窗式这三种光电倍增管。 a、侧窗式光电倍增管：侧面进光的光电倍增管，入射辐射透过管壁 b、端窗式光电倍增管：端面进光的光电倍增管，入射辐射透过管壳的端部
图4(a)侧窗式光电倍增管
5、液体闪烁计数器：
液体闪烁在多种放射线检测方法中，特别作为α线、β线的探测法中使用， 它和其他方法比较，因对α线、β线的探测灵敏度高，成本低，可进行高精度 测试。作为这种极其微弱光检测的探测器常使用光电倍增管。
6、生命科学：
在生命科学领域，光电倍增管主要用来检测荧光、散射光等，其中主要 仪器有细胞捕集器、荧光分光仪、DNA定序器。
1、光分析仪器：
光分析仪器是用光进行各种物质分析的仪器，是光电倍增管被用的最多的 领域，具有悠久的历史，具有代表性的仪器主要有： a 利用光吸收的仪器： 紫外、可见、红外分光光度计 原子吸收分光光度计 b 利用发光的仪器： 光电测光式发光分光光度计 荧光分光光度计
2、γ 相机：
将放射性同位素标定试剂注入病人体内，通 过γ相机可以得到断层图像，来判别病灶。从闪烁 扫描器开始，经逐步改良，γ相机的性能得到快速 的发展。光电倍增管与光导及大面积碘化钠(NaI) 晶体组合起来用作γ射线探测器。
系曲线称为光谱响应特性。
(2)阴极光照灵敏度 k ：用色温为2856K的钨丝灯泡的入射光束，从光电面发射 的光电子流 (阴极电流) 的大小来表示，定义为： I k k F I k ：光电阴极的光电流 F ：入射光通量 (3)阳极光照灵敏度 a ： 在光电面上入射一定光束时，阳极输出电流的大小，定 义为：
图4(b)端窗式光电倍增管
图4(a)侧窗式光电倍增管
5、液体闪烁计数器：
液体闪烁在多种放射线检测方法中，特别作为α线、β线的探测法中使用， 它和其他方法比较，因对α线、β线的探测灵敏度高，成本低，可进行高精度 测试。作为这种极其微弱光检测的探测器常使用光电倍增管。
6、生命科学：
在生命科学领域，光电倍增管主要用来检测荧光、散射光等，其中主要 仪器有细胞捕集器、荧光分光仪、DNA定序器。
1、光分析仪器：
光分析仪器是用光进行各种物质分析的仪器，是光电倍增管被用的最多的 领域，具有悠久的历史，具有代表性的仪器主要有： a 利用光吸收的仪器： 紫外、可见、红外分光光度计 原子吸收分光光度计 b 利用发光的仪器： 光电测光式发光分光光度计 荧光分光光度计
2、γ 相机：
将放射性同位素标定试剂注入病人体内，通 过γ相机可以得到断层图像，来判别病灶。从闪烁 扫描器开始，经逐步改良，γ相机的性能得到快速 的发展。光电倍增管与光导及大面积碘化钠(NaI) 晶体组合起来用作γ射线探测器。
系曲线称为光谱响应特性。
(2)阴极光照灵敏度 k ：用色温为2856K的钨丝灯泡的入射光束，从光电面发射 的光电子流 (阴极电流) 的大小来表示，定义为： I k k F I k ：光电阴极的光电流 F ：入射光通量 (3)阳极光照灵敏度 a ： 在光电面上入射一定光束时，阳极输出电流的大小，定 义为：
图4(b)端窗式光电倍增管
测试技术-7.2 光电管及光电倍增管
光电管输出信号及特性与温度的关系称温度特性。工作环境温度 变化会影响光电管的灵敏度，因此应严格在各种阴极材料规定的温度 下使用。 • (6) 频率特性
在同样的极间电压和同样幅值的光强度下，当入射光强度以不同
的正弦交变频率调制时，光电管输出的光电流I（或灵敏度）与频率f
的关系，称为频率特性。由于光电发射几乎具有瞬时性，所以真空光 电管的调制频率可高达1MHz以上。 • (7) 稳定性和衰老
7.2 光电管及光电倍增管
（2）光谱特性
光电管的光谱特性主要取决于光电阴极的材料。不同的阴极材料 对同一种波长的光有不同的灵敏度；同一种阴极材料对不同波长的 光也具有不同的灵敏度。这可用光谱特性来描述。 光谱特性又称频谱特性，如图7-3所示为光电管的光谱特性，特性 曲线峰值对应的波长称为峰值波长，特性曲线占据的波长范围称为 光谱响应范围。
光电阴极
第一倍增极 入射光
阳极 第三倍增极
收集到的电子数是阴 极发射电子数的105~106倍。 即光电倍增管的放大倍数 可达几万倍到几百万倍。 光电倍增管的灵敏度就比 普通光电管高几万倍到几 百万倍。因此在很微弱的 光照时，它就能产生很大 的光电流。
7.2 光电管及光电倍增管
2．光电倍增管的的基本特性
7.2 光电管及光电倍增管
7.2.1 光电管
1．光电管的结构原理
光电管有真空光电管和充 气光电管或称电子光电管和离 子光电管两类。两者结构相似， 如图。它们由一个阴极和一个 阳极构成，并且密封在一只真 空玻璃管内。阴极装在玻璃管 内壁上，其上涂有光电发射材 料。阳极通常用金属丝弯曲成 矩形或圆形，置于玻璃管的中 央。
7.2 光电管及光电倍增管
（3）伏安特性 光电管的伏安特性是指在一定的光通量照射下，光电流与光电管 两端的电压关系。如图7-4所示，在不同的光通量照射下，伏安特性 是几条相似的曲线。
在同样的极间电压和同样幅值的光强度下，当入射光强度以不同
的正弦交变频率调制时，光电管输出的光电流I（或灵敏度）与频率f
的关系，称为频率特性。由于光电发射几乎具有瞬时性，所以真空光 电管的调制频率可高达1MHz以上。 • (7) 稳定性和衰老
7.2 光电管及光电倍增管
（2）光谱特性
光电管的光谱特性主要取决于光电阴极的材料。不同的阴极材料 对同一种波长的光有不同的灵敏度；同一种阴极材料对不同波长的 光也具有不同的灵敏度。这可用光谱特性来描述。 光谱特性又称频谱特性，如图7-3所示为光电管的光谱特性，特性 曲线峰值对应的波长称为峰值波长，特性曲线占据的波长范围称为 光谱响应范围。
光电阴极
第一倍增极 入射光
阳极 第三倍增极
收集到的电子数是阴 极发射电子数的105~106倍。 即光电倍增管的放大倍数 可达几万倍到几百万倍。 光电倍增管的灵敏度就比 普通光电管高几万倍到几 百万倍。因此在很微弱的 光照时，它就能产生很大 的光电流。
7.2 光电管及光电倍增管
2．光电倍增管的的基本特性
7.2 光电管及光电倍增管
7.2.1 光电管
1．光电管的结构原理
光电管有真空光电管和充 气光电管或称电子光电管和离 子光电管两类。两者结构相似， 如图。它们由一个阴极和一个 阳极构成，并且密封在一只真 空玻璃管内。阴极装在玻璃管 内壁上，其上涂有光电发射材 料。阳极通常用金属丝弯曲成 矩形或圆形，置于玻璃管的中 央。
7.2 光电管及光电倍增管
（3）伏安特性 光电管的伏安特性是指在一定的光通量照射下，光电流与光电管 两端的电压关系。如图7-4所示，在不同的光通量照射下，伏安特性 是几条相似的曲线。
光电倍增管ppt课件
3
侧窗式
K 1、光窗
完整最新ppt
K
端窗式
4
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2、光电阴极
把光电发射体镀在金属或透明材料上即可制成，起 着在光照情况下发射光电子的作用
a 、银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极 红外探测，暗电流大，稳定性差，易疲劳及老化 b、单碱锑化物光电阴极 与a比较而言，暗电流小，疲劳及老化程度小些 c、多碱锑化物光电阴极 耐高温，暗电流、疲劳及老化都小但工艺复杂，成
(4)入射电子经N级倍增极倍增后，光电子就放大 N次；
(5)经过倍增后的二次电子由阳极收集起来，形成 阳极光电流，在负载上产生信号电压。
12
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三、光电倍增管的主要性能参数
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，一般是指积分灵敏度，其单位为 uA/Lm。光电倍增管的灵敏度一般包括阴极 灵敏度、阳极灵敏度。
4、电子倍增系统完整最新ppt
非聚焦则是指在两电极间的电子运动轨迹是平行的。
所谓聚焦不是指使电子束会聚于一点，而是指电子从前 一级倍增极飞向后一级倍增极时，在两电极间的电子运 动轨迹，可能有交叉。
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
7
4、电子倍增系统
型 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。
完整最新ppt
8
5、阳极
完整最新ppt
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 二次电子。
空间电荷效应
一次电子
栅网状阳极
二次电子
阳极结构示意图 9
侧窗式
K 1、光窗
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K
端窗式
4
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2、光电阴极
把光电发射体镀在金属或透明材料上即可制成，起 着在光照情况下发射光电子的作用
a 、银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极 红外探测，暗电流大，稳定性差，易疲劳及老化 b、单碱锑化物光电阴极 与a比较而言，暗电流小，疲劳及老化程度小些 c、多碱锑化物光电阴极 耐高温，暗电流、疲劳及老化都小但工艺复杂，成
(4)入射电子经N级倍增极倍增后，光电子就放大 N次；
(5)经过倍增后的二次电子由阳极收集起来，形成 阳极光电流，在负载上产生信号电压。
12
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三、光电倍增管的主要性能参数
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，一般是指积分灵敏度，其单位为 uA/Lm。光电倍增管的灵敏度一般包括阴极 灵敏度、阳极灵敏度。
4、电子倍增系统完整最新ppt
非聚焦则是指在两电极间的电子运动轨迹是平行的。
所谓聚焦不是指使电子束会聚于一点，而是指电子从前 一级倍增极飞向后一级倍增极时，在两电极间的电子运 动轨迹，可能有交叉。
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
7
4、电子倍增系统
型 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。
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8
5、阳极
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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 二次电子。
空间电荷效应
一次电子
栅网状阳极
二次电子
阳极结构示意图 9
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半导体材料广泛用作光电阴极 常规光电阴极 负电子亲和势阴极
EA 0
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1、常规光电阴极 （1）、银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极
最早的光电阴极，主要应用于近红外探测
•峰值波长： 350nm, 800nm
•光谱响应范围约300-1000nm；
•量子效率约0.5％；
•使用温度100°C； •暗电流大。
蓝宝石 紫外光波长延伸至150nm 氟化镁（镁氟化物）极好的紫外线透过性，接近115nm，
2）光电阴极
作用: 1) 光电转换能力 2) 长波波长阈值 3) 决定整管灵敏度
3）电子光学系统
作用: 1）收集率接近于1 2）渡越时间零散最小
4）.电子倍增极
－－由许多倍增极组成，决定整管灵敏度最关键 部分 作用－－倍增 10-15级倍增极
5.2.1 光电管 1、结构 真空光电管由玻壳、 光电阴极和阳极三部 分组成
真空光电管构造示意图
充气型光电管： 光电管的特点：光电阴极面积 大，灵敏度较高，一般积分灵 敏度可达20～200μA/lm；暗电 流小，最低可达10-14A；光电 发射弛豫过程极短。
缺点：真空光电管一般体积都 比较大、工作电压高达百伏到 数百伏、玻壳容易破碎等
（2）单碱锑化物：
CsSb阴极最为常用，紫外和可见光区的灵敏度最高 •金属锑与碱金属锂、钠、钾、铷、铯中的一种化合，能 形成具有稳定光电发射的发射体。 •最常用的是锑化铯（CsSb），其阴极灵敏度最高，量子 效率为15－25％，蓝光区量子效率高达30%，长波限为： 600nm。广泛用于紫外和可见光区的光电探测器中。光谱 响应范围较窄对红光＆红外不灵敏
第5章
光电子发射探测器
具有外光电效应的材料 －－光电子发射体 光电子发射探测器中的光电子发射体 －－又称为光电阴极
光电阴极是完成光电转换的重要部件，其性能
好坏直接影响整个光电发射器件的性能！！！
第5 章
光电子发射探测器
5.1 光电阴极 5.2 光电管和光电倍增管结构原理 5.3 光电倍增管的主要特性参数 5.4 光电倍增管的工作电路
第5 章
光电子发射探测器
光电导探测器：M可以大于1
光子探测器
输出光电流
光电三极管：
M~102
e I p M 0 hv
M－光电增益
雪崩光电二极管：M~103 ？？？？ M~106
第5 章
光电子发射探测器
－－也称为真空光电器件
Photoemissive detector,简称PE探测器
光电发射器件是基于外光电效应的器件，它包括真空 光电二极管、光电倍增管、变像管、像增强管和真空 电子束摄像管。
NEA量子效率比常规发射体高得多！
NEA的优点：量子效率比常规发射体高得多
1、量子效率高 2、阈值波长延伸到红外区 3、由于“冷”电子发射，能量分 散小，在成象器件中分辨率极高
4、暗电流极小
5、延伸的光谱区内其灵敏度均匀 式（5－2）与式（1－65）对比
m a x
1.24 μm Eg
5.2 光电管和光电倍增管的结构原理
5.2.2 光电倍增管
Photomultiplier Tube 简称PMT
1.基本结构
电子光学系统
1.基本结构
1）. 入射光窗
(a)侧窗式 (b)端窗式
作用： 1）光入射通道
2）短波阈值
窗口材料
硼硅玻璃（无钾玻璃）
常用的玻璃材料，可以透过从 近红外至300nm的入射光，不 适合于紫外区的探测。 透紫玻璃（UV玻璃） 很好地透过紫外光，和硼硅玻璃 一样被广泛使用。分光应用领域 一般都要求用透紫玻璃，其截止 波长可接近185nm。 合成石英 紫外光波长延伸至160nm
（3）多碱锑化物：
Sb－Na－K－Cs 最实用的光电阴极材料，高灵敏度、 宽光谱，红外端延伸930nm，用于宽带光谱测量仪，扩 展到近红外。
（4）紫外光电阴极
“日盲”型光电阴极
光电阴极只对所探测的紫外辐射信号灵敏，而对 可见光无响应，这种阴极通常称为“日盲”型光电阴 极。 实用的两种： 响应范围(100—280nm) 碲化铯(CsTe)－－长波限为0.32μm 碘化铯(Csl) －－长波限为0.2 μm。
5.1 光电阴极
良好的光电发射材料具备的条件：
a 光的吸收系数大 b 光电子在体内传输过程中受到的能量损失小 c 表面势垒低，表面逸出几率大
常用的光电阴极材料
金属： 反射系数大、吸收系 数小、碰撞损失能量 大、逸出功大－－适 应对紫外灵敏的光电 探测器。 半导体： 光吸收系数大得多，散 射能量损失小，量子效 率比金属大得多－－光 谱响应：可见光和近红 外波段。
－－受激电子能量 超过导带底的电子
冷电子
－－能量恰好等于 导带底的电子
光电发射过程分析：
量高于 E0 收光子 能量损失 价带上电子 吸 热 电 子 （ 导 带 底 以 上 ） 冷 电 子能 容易逸出
（命 寿1014～ 1012 s） （ 109～ 108 s）
第5 章
光电子发射探测器
－－也称为真空光电器件
Photoemissive detector,简称PE探测器
缺点：结构复杂 工作电压高 体积庞大 优点：灵敏度高 稳定性好 响应速度快 噪声小 光 电 管： 被半导体光电器件取代 极高灵敏度 快速响应 ～106 ～pS
光电倍增管： 应 用：
微弱光信号、快速脉冲弱光信号
2. 负电子亲和势阴极 负电子亲和势材料结构、原理
以Si-Cs2O光电阴极为例 重掺杂的P型硅表 面涂极薄的金属Cs， 经过处理形成N型 的Cs2O。
P型Si的电子亲和势:
N型Cs2O电子亲和势:
EA1=E0-EC1>0
EA2=E0-EC2>0
体内：P型
表面：N型 •从Si的导带底部漂移到 表面Cs2O的导带底部。此 时，电子只需克服EAe就 能逸出表面。对于P型Si 的光电子需克服的有效 亲和势为 EAe=EA2-Ed
•由于能级弯曲，使 Ed>EA2,这样就形成了负 电子亲和势。
体内：P型
表面：N型
经典发射体的电子亲 和势仍是正的 EA1=E0-EC1>0 EA2=E0-EC2>0 负电子亲和势(体内衬 底材料的有效电子亲 和势)是负的
EAe=E0-EC1<0
NEA的最大优点：
－－量子效率比常规发射体高得多
热电子