光电倍增管

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。
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
aFra Baidu bibliotek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
2 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
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。

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





（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。
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

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）
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
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


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


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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。

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
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：
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。

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。
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。
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。