光电倍增管
光电倍增管
（3）InSb（锑化铟） 在77k下,噪声性能大大改善 峰值响应波长为5μm 响应时间短（大约50×10-9s） （4）HgxCd1-xTe（碲镉汞）探测器
化合物本征型光电导探测器,它是由HgTe和GdTe两种材料混 在一起的固溶体,其禁带宽度随组分x呈线性变化（x是镉含量的组 分）。
当x=0.2时响应波长为8～14μm,工作温度77k，用液氮致冷。
光敏电阻的允许功耗,随着环境温度的升高而降低。
5.噪声特性
几种典型的光敏电阻
（1）CdS（硫化镉）和CdSe（硒化镉） 低造价、可见光辐射探测器 光电导增益比较高(103～104) 响应时间比较长(大约50ms) （2）PbS（硫化铅） 近红外辐射探测器 波长响应范围在1～3.4μm，峰值响应波长为2μm 内阻（暗阻）大约为1MΩ 响应时间约200μs
偏置电压V必须满足
V
Pmax Rg
1 2
RL Rg
3.时间响应特性
光敏电阻的响应时间常数是由电流上升时间 tr 和衰减时间 t f 表 示的。光敏电阻的响应时间与入射光的照度，所加电压、负载电阻 及照度变化前电阻所经历的时间（称为前历时间）等因素有关。
4.稳定特性
电磁屏蔽法
将光电倍增管装在高导磁率的金属圆筒中，能有效地防止 周围电磁场的干扰。
磁场散焦法
当测量过程中用窄光束照射较大的光电阴极时，合理地采 用磁场可把那些未被照射的光电阴极边缘暗电流的电子散射掉； 也可以用可控偏转线圈，采用星象跟踪方法改变磁场，把有效 阴极面积任意移动到阴极的光照位置，利用散焦方法减少暗电 流，达到改善信噪比的目的。
滞后效应
在光电倍增管加上高压或开始光照的短时间内，（几秒或 几十秒）阳极输出电流存在暂时的不稳定，电流可能比稳定值 大一些，也可能小一些。这种不稳定现象称为滞后效应。滞后 效应主要由于电子偏离设计的轨迹以及倍增极的陶瓷支架和玻 壳等静电作用引起的。当入射的光照变化，而所加的电压也跟 随着变化时滞后效应特别明显。
光电倍增管
附录二光电倍增管K——光阴极；F——聚焦极；D1～D10——打拿极；A——阳极。
光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”)──阳极之间建立一个电位分布。
光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。
以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。
根据打拿极的几何形状和排列方式，光电倍增管分为聚焦型(环状、直线)和非聚焦型(百叶窗式、盒栅式)。
本装置采用百叶窗式光电倍增管，过去采用GDB44F 型，现采用GDB43型。
其优点为脉冲幅度分辨率较好，适用闪烁能谱测量。
它的主要指标应该包括以下几方面：光电转换特性、电子倍增特性、噪声或暗电流、时间特性等；在此主要介绍光电转换特性和电子倍增特性。
1. 光电转换特性——光阴极的光谱响应和灵敏度光阴极是接收光子并放出光电子的电极，一般是在真空中把阴极材料蒸发在光学窗的内表面上，形成半透明的端窗阴极；光阴极材料的品种有数十种，但最常用的只是五、六种，如锑铯化合物等。
一般光电倍增管光阴极前的光学窗有两种：硼玻璃窗或石英窗，前者适用于可见光，后者可透过紫外光。
光阴极受到光照射后发射光电子的几率是波长的函数，称为光谱响应。
在长波端的响应极限主要由光阴极材料的性质决定，而短波端的响应主要受入射窗材料对光的吸收所限制。
了解光电倍增管的光谱响应特性有利于正确选择不同管子使之与闪烁体的发射光谱相匹配。
在实际应用中，光电转换特性通常使用另一个宏观定义，即一定通量F 的白光照射阴极所能获得的光电子流（i k ）称为光阴极光照灵敏度：k k i S F= （1） 其中i k 单位为微安；F 为光通量，单位为“流明”(lm)。
光电倍增管简介
光电倍增管简介1. 光电倍增管的结构和工作原理由光阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成。
光阴极是由半导体光电材料锑铯做成；次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料而形成的，次阴极多的可达30级；阳极是最后用来收集电子的，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。
2. 光电倍增管的主要参数（1）倍增系数M 倍增系数M等于n个倍增电极的二次电子发射系数δ的乘积。
如果n个倍增电极的δ都相同，则M=1因此，阳极电流I 为i —光电阴极的光电流光电倍增管的电流放大倍数β为M与所加电压有关，M在105~108之间，稳定性为1％左右，加速电压稳定性要在0.1％以内。
如果有波动，倍增系数也要波动，因此M具有一定的统计涨落。
一般阳极和阴极之间的电压为1000~2500V，两个相邻的倍增电极的电位差为50~100V。
对所加电压越稳越好，这样可以减小统计涨落，从而减小测量误差。
光电倍增管的特性曲线（2）光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度一个光子在阴极上能够打出的平均电子数叫做光电倍增管的阴极灵敏度。
而一个光子在阳极上产生的平均电子数叫做光电倍增管的总灵敏度。
光电倍增管的最大灵敏度可达10A/lm，极间电压越高，灵敏度越高；但极间电压也不能太高，太高反而会使阳极电流不稳。
另外，由于光电倍增管的灵敏度很高，所以不能受强光照射，否则将会损坏。
（3）暗电流和本底脉冲一般在使用光电倍增管时，必须把管子放在暗室里避光使用，使其只对入射光起作用；但是由于环境温度、热辐射和其它因素的影响，即使没有光信号输入，加上电压后阳极仍有电流，这种电流称为暗电流，这是热发射所致或场致发射造成的，这种暗电流通常可以用补偿电路消除。
如果光电倍增管与闪烁体放在一处，在完全蔽光情况下，出现的电流称为本底电流，其值大于暗电流。
光电倍增管
光电倍增管维基百科，自由的百科全书跳转到：导航, 搜索光电倍增管（Photomultiplier，简称PMT），是一种对紫外光、可见光和近红外光极其敏感的特殊真空管。
它能使进入的微弱光信号增强至原本的108倍，使光信号能被测量。
[编辑]工作原理光电倍增管示意图光电倍增管是由玻璃封装的真空装置，其内包含光电阴极 (photocathode)，几个二次发射极 (dynode)和一个阳极。
入射光子撞击光电阴极，产生光电效应，产生的光电子被聚焦到二次发射极。
其后的工作原里如同电子倍增管，电子被加速到二次发射极产生多个二次电子，通常每个二次发射极的电位差在 100 到 200 伏特。
二次电子流像瀑布一般，经过一连串的二次发射极使得电子倍增，最后到达阳极。
一般光电倍增管的二次发射极是分离式的，而电子倍增管的二次发射极是连续式的。
[编辑]应用光电倍增管集高增益，低干扰，对高频信号有高灵敏度的优点，因此被广泛应用于高能物理、天文等领域的研究工作，与及流体流速计算、医学影像和连续镜头的剪辑。
雪崩光电二极管（Avalanche photodiodes，简称APDs）为光电倍增管的替代品。
然而，后者仍在大部份的应用情况下被采用。
光电管与光电倍增管编辑词条分享将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。
光电管通常用于自动控制、光度学测量和强度调制光的检测。
如用于保安与警报系统、计数与分类装置、影片音膜复制与还音、彩色胶片密度测量以及色度学测量等。
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像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。
光电管与光电倍增管构造和原理光电管由真空管壳内的光电阴极和阳极所构成（图中a）。
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
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在理想情况下，设阴极和倍增极发射的电子都被阳极所
光电倍增管名词解释
光电倍增管名词解释
光电倍增管（Photomultiplier Tube，缩写为PMT）是一种用于侦测和放大光信号的装置。
光电倍增管由光阴极、一系列电子倍增器和一个收集电极组成。
当光信号照射在光阴极上时，光子将释放出光电子。
这些光电子被加速和聚焦，并在电子倍增器中经历多次电子增强效应。
每个电子增强阶段都是一种二极管结构，在高电压驱动下，光电子的能量被倍增，从而形成一个大量的电子脉冲。
最后，这些电子脉冲被收集电极捕获并转化为电流信号。
光电倍增管具有高增益、高灵敏度、低噪声、快速响应和广泛的波长响应范围等特性。
它被广泛应用于科学研究、核物理实验、化学分析、医学成像等领域。
光电倍增管
光电倍增管1 概述光电倍增管（PMT）是光子技术器件中的一个重要产品，它是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。
可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。
2 光电倍增管的一般结构光电倍增管是一种真空器件。
它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。
典型的光电倍增管按入射光接收方式可分为端窗式和侧窗式两种类型。
其主要工作过程如下：当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。
这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。
然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。
因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。
另外，光电倍增管还具有响应快速、成本低、阴极面积大等优点。
3 光电倍增管的类型3.1 按接收入射光方式分类光电倍增管按其接收入射光的方式一般可分成端窗型（Head-on）和侧窗型（si de-on）两大类。
侧窗型光电倍增管（R系列）是从玻璃壳的侧面接收入射光，两端窗型光电倍增管（CR系列）则从玻璃壳的顶部接收射光。
在通常情况下，侧窗型光电倍增管（R系列）的单价比较便宜（一般数百元/只），在分光光度计、旋光仪和常规光度测定方面具有广泛的应用。
大部分的侧窗型光电倍增管使用不透明光阴极（反射式光阴极）和环形聚焦型电子倍增极结构，这种结构能够使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。
端窗型光电倍增管（CR系列）也称顶窗型光电倍增管。
其价格一般在千元以上，它是在其入射窗的内表面上沉积了半透明的光阴极（透过式光阴极），这使其具有优于侧窗型的均匀性。
端窗型光电倍增管的特点是拥有从几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极，另外，现在还出现了针对高能物理实验用的可以广角度捕获入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。
光电倍增管的使用教程
光电倍增管的使用教程光电倍增管（photomultiplier tube，PMT）是一种重要的光电转换器件，广泛应用于光电测量、光谱分析、核物理实验等领域。
本文将向大家介绍光电倍增管的使用教程，希望能对初学者有所帮助。
一、光电倍增管简介光电倍增管是一种电子倍增管，通过光电效应将光信号转换为电子信号，并通过一系列倍增过程将电子信号放大。
其光电转换效率高、信噪比优秀，能够检测到低强度光信号，因此在科学研究和工程应用中得到广泛使用。
二、光电倍增管的结构光电倍增管由光电阴极、光阴极边界、一系列倍增极和收集极组成。
其中光电阴极负责将光信号转换为电子信号，倍增极负责对电子进行倍增，而收集极则用于收集和读取电子信号。
三、光电倍增管的使用注意事项1. 预热：在使用光电倍增管前，必须进行预热。
预热时间一般为10-15分钟，旨在稳定光电倍增管内部温度并提高信噪比。
2. 高压：光电倍增管需要施加高压电源。
在施加高压前，请务必确保高压电源的稳定性，并正确设置预期的高压值，一般建议根据实际需求选择合适的高压数值。
3. 光源选择：使用光电倍增管时，需选择合适的光源。
光源应光谱匹配，光强适中，避免过强或过暗的光信号。
4. 避免干扰：避免将外部电磁场干扰引入光电倍增管内部，以免影响信号的准确性和稳定性。
建议在使用时使用屏蔽措施，如外壳金属防护和使用屏蔽电缆。
四、光电倍增管的应用案例1. 光谱分析：光电倍增管可用于光谱分析中，通过检测不同波长的光信号，实现对样品的成分和结构分析。
2. 核物理实验：光电倍增管可用于核物理实验中，通过检测宇宙射线或粒子产生的闪烁光信号，实现对粒子的探测、测量和分析。
3. 医学影像：光电倍增管可应用于医学影像领域，如正电子发射断层扫描（PET）等，实现对人体内部组织和器官的成像与诊断。
五、光电倍增管的发展趋势随着科学技术的进步和需求的增加，光电倍增管的性能不断提升。
目前，一些新型光电倍增管已经具备更高的增益、更宽的响应波长范围以及更小的体积和功耗。
光电倍增管
1）电源电压稳定性的要求 目前已有光电倍增管专用的电源稳压块。 2）电阻链分压电阻的确定
若电阻链为均匀分压，则每个分压电阻的 阻值应相等。 因IR与IA是并联关系，要保证阳极电流最大 时流过电阻链的电流基本不变，这就要求 IR ≥ 10 IAm IR：电阻链的电流 IA ：阳极电流
a、线性范围宽
b、非线性： 空间电荷效应 倍增极的疲乏 负载过大
2、伏安特性
（1）工作范围线性好 （2）工作范围宽 饱和区的直线范围是PMT质量优劣的重要标志
3、时间特性及频率特性
a、时间特性 （1）渡越时间
（2）上升时间tr
（3）脉冲宽度
输出电流脉冲的半幅 值之间的时间宽度 （4）渡越时间散差
inA inT
2
2
4kTf 2eik fM 1 RL
2
5、NEP（灵敏阈）
噪声等效功率（NEP）表述倍增管阳极信号 与噪声有效值之比等于1时，入射于倍增管 光电阴极的光功率（通量）的有效值。即 IA/InA=1时，NEP=InA/SA
四、PMT的光电特性
1、光电特性
3、暗电流
4、噪声
主要有散粒噪声和负载电阻的热噪声。 １、散粒噪声 2 2
inA 2eik fM
1
原因：光电阴极光电发射的随机性；倍增极二次电 子发射的随机性 措施：精心设计，正确使用可以消除 ２、负载电阻的热噪声（主要噪声）inT 2 4 kT f RL 总的噪声电流为：
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
光电倍增管倍增原理
光电倍增管倍增原理
光电倍增管是一种具有很大量子效率的半导体器件，它能够探测出极微弱的光，并通过光电效应将光放大，最后通过光电效应将光转换成电信号，它是现代半导体探测器中最重要的一种。
光电倍增管可分为三种：管式、硅二极管式和非共面光电倍增管。
对于半导体探测器来说，要产生较大的量子效率就必须使其能在一定的空间范围内收集到尽可能多的光子，即要求半导体材料本身具有较高的电子空穴对的迁移率。
当一片半导体材料制成管状时，其空间电荷效应将大为降低。
因此，光电倍增管大多做成平面型的，它由阳极和阴极两部分组成。
光电倍增管是以光为能源的器件，光从一极传到另一极时必须要有一个“通路”。
当光强足够强时，入射到光电倍增管上的
光全部能被倍增器吸收。
这时由于入射光子能量很高，而光电倍增管对光的吸收能力又很差，所以此时被倍增了的光子就不能被收集到阴极上，也就不能被倍增放大。
但由于其光电转换效率较高（约为80%），所以这个“通路”对整个光电倍增管来说只是一个很小的部分。
—— 1 —1 —。
光电倍增管PMT
光电倍增管—PMT简介光电倍增管：PhotoMultiplier Tube，简称PMT，是灵敏度极高，响应速度极快的光探测器。
可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。
光电倍增管的一般结构光电倍增管由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。
典型的光电倍增管按入射光接收方式可分为端窗式和侧窗式两种类型。
其主要工作过程如下：当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。
这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。
然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。
因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。
另外，光电倍增管还具有响应快速、成本低、阴极面积大等优点。
光电倍增管的类型1 按接收入射光方式分类光电倍增管按其接收入射光的方式一般可分成端窗型（Head-on）和侧窗型（side-on）两大类。
侧窗型光电倍增管（R系列）是从玻璃壳的侧面接收入射光，两端窗型光电倍增管（CR系列）则从玻璃壳的顶部接收射光。
图2和图3分别是侧窗式光电倍增管和端窗式光电倍过管的外形图。
在通常情况下，侧窗型光电倍增管（R系列）的单价比较便宜（一般数百元/只），在分光光度计、旋光仪和常规光度测定方面具有广泛的应用。
大部分的侧窗型光电倍增管使用不透明光阴极（反射式光阴极）和环形聚焦型电子倍增极结构，这种结构能够使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。
端窗型光电倍增管（CR系列）也称顶窗型光电倍增管。
其价格一般在千元以上，它是在其入射窗的内表面上沉积了半透明的光阴极（透过式光阴极），这使其具有优于侧窗型的均匀性。
端窗型光电倍增管的特点是拥有从几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极，另外，现在还出现了针对高能物理实验用的可以广角度捕获入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。
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
1、光电倍增管的结构和特性 2、光电倍管的工作过程 3、线性工作 4、伏安特性
光电倍增管的结构和特性
光电倍增管由光阴极接收射入光子的能量并将其 转换为光子，其转换效率（阴极灵敏度）随入射光的 波长而变。这种光阴极灵敏度与入射光波长之间的关 系叫做光谱响应特性。一般情况下，光谱响应特性的 长波段取决于光阴极材料，短波段则取决于入射窗材 料。光电倍增管的阴极一般都采用具有低逸出功能的 碱金属材料所形成的光电发射面。光电倍增管的窗材 料通常由硼硅玻璃、透紫玻璃（UV玻璃）、合成石英 玻璃和氟化镁（或镁氟化物）玻璃制成。硼硅玻璃窗 材料可以透过近红外至300nm垢可见入射光，而其它3 种玻璃材料则可用于对紫外区不可见光的探测。
光电倍管的工作过程
光电倍增管主要由光阴极K、倍增极D和阳极A组成
光电倍管的工作过程
当有光子入射到光阴极K上，只要光子的 能量大于光阴极材料的脱出功，就会有电子从 阴极的表面逸出而成为光电子．在K和D1之间 的电场作用下，光电子被加速后轰击第一倍增 极D1，从而使D1产生二次电子发射．每一个 电子的轰击约可产生3～5个二次电子，这样就 实现了电子数目的放大．D1产生的二次电子被 D2和D1之间的电场加速后轰击D2，……．这 样的过程一直持续到最后一级倍增极Dn.
线性工作
造成非线性的原因 （1）内因，即空间电荷，光电阴极的电阻 率，聚焦或收集效率等的变化； （2）外因，光电倍增管的输出信号电流在 负载电阻上的压降，对末级倍增极电压 产生的负反馈和电压的再分配，都可能 破坏输出信号的线性。
伏安特性
（a）阴极伏安特性 在入射到光电倍增管阴极面上的光 通量一定时，阴极电流与阴极和第一倍 增极之间的电压（称阴极电压）的关系 曲线叫阴极伏安特性，经研究，在阴极 电压较小时，阴极电流随着阴极电压的 增大而增加，直到阴极电压大于一定值 后，阴极电流才趋向饱和，且与入射光 通量成线性关系。
光电倍增管光强计算公式
光电倍增管光强计算公式
（原创实用版）
目录
1.光电倍增管的概述
2.光电倍增管的电源要求
3.光强计算公式的推导
4.光电倍增管在光强计算中的应用
5.结论
正文
1.光电倍增管的概述
光电倍增管是一种将光信号转换为电信号的光电转换器件。
它是通过光电效应将光子转换为电子，并通过倍增电路将电子信号进行放大，从而实现对光信号的检测和测量。
光电倍增管具有响应速度快、灵敏度高、信噪比好等特点，广泛应用于各种光强测量、光通信等领域。
2.光电倍增管的电源要求
由于光电倍增管的特殊工作原理，其电源系统对纹波系数、电源高压输出稳定度以及高压输出的极性等指标有较高的要求。
因此，在为光电倍增管选择电源时，需要选用专用的电源设备，以保证光电倍增管的稳定工作和精确测量。
3.光强计算公式的推导
光强是指单位时间内，某一面积上接收到的光能量。
光强计算公式如下：
光强（I）=光通量（Φ）/ 立体角（Ω）
其中，光通量表示单位时间内通过某一面积的光能量，立体角表示光
线与法线之间的夹角。
4.光电倍增管在光强计算中的应用
光电倍增管在光强计算中的应用主要体现在将光信号转换为电信号，从而实现对光强的定量测量。
当光照射到光电倍增管的阴极上时，光电倍增管会输出一个与光强成正比的电信号。
通过这个信号，可以计算出光强的大小。
5.结论
光电倍增管作为一种重要的光电转换器件，其在光强计算中的应用具有重要意义。
通过光电倍增管，可以实现对光强的精确测量，从而为各种光强相关的研究和应用提供有力支持。
光电倍增管
16
光电倍增管具体结构
3、倍增系统（Dynodes ） ：是指由各 、倍增系统（ 倍增极构成的综合系统， 倍增极构成的综合系统，各倍增极都是 二次电子发射体构成 构成。 由二次电子发射体构成。 要求： 要求：二次电子发射系数要大
倍增极分类： 倍增极分类 非聚焦型——只加速 非聚焦型 只加速 聚 焦 型——加速聚焦 加速聚焦
67Biblioteka 光电倍增管原理图原理图
8
光电倍增管工作原理
光电倍增管（ 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。 制成的一种光电探测器件。其光电转换 分为光电发射 电子倍增两个过程 光电发射和 两个过程。 分为光电发射和电子倍增两个过程。 其工作原理如下图示。 其工作原理如下图示。
2
光电倍增管
3
4
5
一、光电倍增管组成及工作原理
光电倍增管组成 ——光窗（Input window ) 光窗（ 光窗 ——光电阴极 光电阴极(Photo cathode) 光电阴极 ——电子光学系统 电子光学系统 ——电子倍增系统 电子倍增系统(Dynodes) 电子倍增系统 ——阳极 阳极(Anode) 阳极
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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
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倍增系统分类——百叶窗式 百叶窗式 倍增系统分类
百叶窗式
φ
K
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 A D10
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倍增系统分类——盒栅式 盒栅式 倍增系统分类
盒栅式
φ
K
D2 D3
D6 D7
D10
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光电倍增管使用注意要点
不宜用强光， 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， 测交变光时，负载电阻不宜过大
光电倍增管新
D2
A
Dn
V0 Rl
R1
R2
Rn
பைடு நூலகம்
这种供电方式的好处：可消除外部信号输出电路与
阳极之间的电位差
这种供电方式的缺点：由于靠近管子玻壳的金属支架
或磁屏蔽筒接地，它们与阴极和倍增极之间存在较高的电位
差，结果使某些光电子打到玻壳上产生噪声
高压供电电路－－接地方式
阳极接地（负高压接法 ） 阴极接地(正高压接法)
（2）倍增极的原理及结构
4、倍增系统
4、倍增系统
－－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
4、倍增系统
入射光照射到光电阴极K上，发射光电子，经电子光学系统
加速，聚焦到倍增极上，发射出多个二次电子；电子经n级 倍增极，形成放大的阳极电流，在负载RL上产生放大的信号
输出。
如果每个电子落到某一倍增极上从该倍增极打出σ个二次 电子，则很明显地：
I i0 n 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β可用下式表示:
β= I = n
i0
图为倍增管各电极的连接线路。为简单起见， 只画了四个倍增极。
倍增系统有聚焦型和非聚焦型两类。
K h
D1
D2
A
Dn
V0 Rl
R1
R2
Rn
二．组成部分
1、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。
光电倍增管 光电二极管
光电倍增管光电二极管
光电倍增管和光电二极管都是光电转换器件，用于将光信号转换为电信号。
光电倍增管（Photomultiplier Tube，PMT）是一种真空管，由
光电阴极、一系列倍增极和收集极组成。
当光进入光电倍增管时，光子打到光电阴极上，使之发射带负电荷的电子。
这些电子会经过电子倍增极进行倍增，最后被收集极收集，产生相应的电流信号。
光电倍增管具有极高的增益和很低的噪声，适用于低强度光信号的检测。
光电二极管（Photodiode）是一种半导体器件，它通过光照射
产生电子空穴对，进而产生电流。
光电二极管的工作原理类似于普通二极管，但其PN结两端的P区和N区被设计成高反射率，以使光子更容易进入器件。
光电二极管具有快速响应速度、高灵敏度和大动态范围，适用于光电检测、光通信和光测量等应用。
总的来说，尽管光电倍增管和光电二极管都用于光电转换，但它们在原理、结构和应用方面有一些不同之处。
光电倍增管适用于需要极高增益和低噪声的低强度光信号检测，而光电二极管适用于需要快速响应、高灵敏度和大动态范围的应用。
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3、电子光学系统
光电阴极至第一倍增极之间的区域 收集率高 渡越时间一致
K
1 2带孔膜片 3第一倍增 极
与光电阴极同 电位的金属筒 或镀在玻璃壳 上的金属导电 层
电子光学系统结构图
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。
六、选择PMT考虑的因素
根据使用要求、场合选择PMT的类型。 光谱响应范围应与所测光的光谱相一致。 阴极尺寸的大小应与被测光束的大小相一致。 阴、阳极灵敏度根据测量光信号的强弱来确 定 暗电流根据测量光信号的强弱考虑其大小。 必须工作于额定电压和额定电流内。 使用金属屏蔽壳，金属壳接地（电磁干扰而 言）
（1）光电阴极和倍增极的热电子发射。此为主要暗电 流。实际使用时尽量降低光电阴极的工作温度。 （2）极间漏电流 由于各级绝缘强度不够、极间灰尘放电。 措施：尽量保持各电极间的清洁、干燥。 （3）离子和光的反馈作用 受抽真空技术的限制，残余气体与运动电子碰撞电离， 电离的电子经放大形成电流。当离子打到管壁上产生荧 光反射到阴极造成光反馈。 措施：采用管外导电层及金属屏蔽罩。 （4）场致发射 电极上的尖端、棱角、粗糙边缘在高压下产生的电子发 射。 措施：选择合适的极间电压。
谢谢！
1）电源电压稳定性的要求 目前已有光电倍增管专用的电源稳压块。 2）电阻链分压电阻的确定 若电阻链为均匀分压，则每个分压电阻的 阻值应相等。 因IR与IA是并联关系，要保证阳极电流最大 时流过电阻链的电流基本不变，这就要求 IR ≥ 10 IAm IR：电阻链的电流 IA ：阳极电流
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，成本 高 d、负电子亲和势光电阴极(NEA) 低反射性，高量子效率，暗电流小，但工艺复杂，成 本高
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。
1、灵敏度
灵敏度
阴极光谱灵敏度 阴极灵敏度 阴极积分灵敏度 阳极光谱灵敏度 阳极灵敏度 阳极积分灵敏度 SA=IA/Φ SK=IK/Φ SA(λ)=IAλ/Φλ
非 聚 焦 型
百叶窗式
盒栅式
5、阳极
阳极是采用金属网作的栅网状结构，
把它臵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
一、PMT的工作原理
φ D1 D3 A D2 K D4
PMT的工作原理图
φ
Ｋ D1 D2 D3 Dn
A
RL
R1
R2
R3
Rn
Rn+1
＋
PMT的各电极连接电路图
TMP：其工作原理为：
(1) 光子透过入射窗入射到光电阴极上； (2) 光电阴极上的电子受光子的激发，离开表面 发射到真空中； (3) 光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入 射到第一倍增极上，倍增极将发射出比入射电子 数目更多的二次光电子; (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。
公式
SK(λ)=IKλ/Φλ
说明
S：灵敏度 λ：波长 I：光电流 Φ：光通量 下标K：阴极 下标A：阳极
2、电流增益M
阳极电流与阴极电流之比，或阳极灵敏度与阴 极灵敏度之比，即 M = IA/IK =SA/SK 若倍增管有n个倍增极，并且每个倍增极的倍 增系数δ 均相等，则 M ＝ δn 因为δ是电压的函数，所以M也是电压的函数。
3）并联电容的确定 倍增管的输出电流主要是来自于最后几级，探测 脉冲光时，为了不使阳极脉动电流引起极间电压 发生大的变化，常在最后几级的分压电阻上并联 电容器。 4）接地方式 阳极接地的特点是，便于跟后面的放大器相接， 操作安全，后面不仅可以通过一个低压耦合电容 与交流放大器相接，也可以直接与直流放大器相 接。 阴极接地的特点是，便于屏蔽，光、磁、电的屏 蔽罩可以跟阴极靠得近些，屏蔽效果好；暗电流 小，噪声低。
3、暗电流
4、噪声
4kTf i nT 1 RL 原因：光电阴极光电发射的随机性；倍增极二次电
2
主要有散粒噪声和负载电阻的热噪声。 １、散粒噪声 2 2
inA 2eik fM
子发射的随机性 措施：精心设计，正确使用可以消除 ２、负载电阻的热噪声（主要噪声） 总的噪声电流为：
光电倍增管
光电倍增管
一、结构组成 二、工作原理
三、主要性能及参数
四、PMT的光电特性
五、光电倍增管的使用
六、选择PMT考虑的因素
一、光电倍增管的结构组成
它主要由光窗、光电阴极、电子光学系统、
电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。
侧窗式
K
1、光窗
K
端窗式
2、光电阴极
选择PMT考虑的因素
阳极电流应不超过１μA以减少疲劳和老化效应 光电倍增管应储存在黑暗中，使用前最好先接 通高压电源，在黑暗中存放几小时。
光电倍增管的注意事项 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
a、线性范围宽
b、非线性： 空间电荷效应 倍增极的疲乏 负载过大
2、伏安特性
（1）工作范围线性好 （2）工作范围宽 饱和区的直线范围是PMT质量优劣的重要标志
3、时间特性及频率特性
a、时间特性 （1）渡越时间
（2）上升时间tr
（3）脉冲宽度
输出电流脉冲的半幅 值之间的时间宽度 （4）渡越时间散差
i
nA
inT
2
4kTf 2eik fM 1 RL
2
5、NEP（灵敏阈）
噪声等效功率（NEP）表述倍增管阳极信号 与噪声有效值之比等于1时，入射于倍增管 光电阴极的光功率（通量）的有效值。即 IA/InA=1时，NEP=InA/SA
四、PMT的光电特性
1、光电特性
4、电子倍增系统
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
4、电子倍增系统
倍增极结构形式 聚 焦 型 特点
直瓦片式 圆瓦片式
极间电子渡越时间散差小，但绝缘支架可能 积累电荷而影响电子光学系统的稳定性。 结构紧凑，体积小，但灵敏度的均匀性差些。
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。 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。
0 . 35 b、频率特性 f c t
t t1 t2
4、稳定性
老化与疲老程度 措施：把制好的光电被增管自然老化一段时间 后再使用，尽量使阳极电流保持在１微安以内 阳极随电源电压变化的滞后 末级倍增极和阳极之间的极间电压应设计的与 总电压源无关
五、光电倍增管的使用
基本要求 倍增管各电极要求直流供电，从阴极开始至 各级的电压要依次升高，一般多采用电阻链 分压办法来供电。 一般情况下，各级电压均相等，约80～ 100V，总电压约1000～1300V。