光电倍增管光谱特性实验设计

化， 一方 面来 源于 光 电倍 增 管光谱 特性 的影 响 ， 另 方面来源于入射的单色光辐射功率的变化 。 因 此为了求得光谱特性 ， 必须先求 出不同波长 的辐 射功率 Ｐ（ ） 和 相应 的 阳极 电流 Ｊ （ ） ， 然后 由 （ １ ） 式算 出光 电倍 增管 的绝 对 光谱 响应 率 Ｓ （ ） 。 为 了 便 于 比较 ， 以最 大 响应率作 为 １ ， 求 出其 它 响应 率 相对 于最 大 响应率 的 比值 ， 即
第 ２ ６ 卷
第 １ 期
大
学
物
理
实
验
Ｖｏ ｌ － ２ ６ Ｎｏ ． １
Ｆｅ ｂ． ２ Ｏ１ ３
２ ０ １ ３年 ２月
ＰＨＹＳ Ｉ ＣＡＬ ＥＸＰＥ ＲＩ Ｍ ＥＮＴ ＯＦ Ｃ０ＬＬＥ ＧＥ
文章编 号 ： １ ０ ０ ７ — ２ ９ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ２ ７ — ０ ３
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ９ １ １
基金项 目： 北京科技大学研究型教学示范课建设项 目（ Ｊ Ｙ ２ ０ １ １ Ｓ Ｆ Ｋ１ ８ ） ； 北京科技大学教 育教学改革研 究项 目（ 重点 ） （ Ｊ Ｇ ２ Ｏ １ １ Ｚ １ ４ ）
２ Ｏ ｌ １年本科生科技创新基金项 目
光谱特性是光电倍增管的基本特性 ， 当光照 射 光 电倍增 管 时 ， 产 生 的光 讯 号 的 强 度不 仅 与 入 射 光 的辐射 功率 的大 小有关 ， 也与光 的 波长有关 。 当波长一定时 ， 光 电流的强度与辐射功率成正 比。 当入射 光为 单色 光 ， 且 各 单 色 光 辐 射功 率 为 一 定
时， 光 电流强 度 随波 长 的变 化 而变化 。
１ 工作原理
光 电倍 增管 由光 电阴极 、 电子光 学输 入 系统 、
２ 测 量 原 理
光电倍增管的绝对光谱响应率等于在给定波 长 的单位 辐射 功率 照射 下所 产生Biblioteka Baidu的 阳极 电流 的大 小， 即
Ｓ （ ）一 Ｊ （ ） ／ Ｐ（ ａ ） （ １ ） 单位 为安 ／瓦 。 Ｐ（ ）是照射 在 光 电倍 增 管上 的辐 射功率， （ ） 是该辐射功率照射下产生 的阳极 电 流， Ｓ （ ） 为光电倍增管 的绝对光谱 响应率 ， 它们 均是波长的函数。 Ｓ （ ） 与 的关系曲线称为“ 绝对
温度 、 磁场等对光电倍增管光谱特ｌ 生的影响 ， 也可以利用此实验平台研究其它光电器件的光谱特 眭。 关 键 词： 光 电倍增 管 ； 光谱特性 ； 研究 性实验
文 献标 志码 ： Ａ 中 图分 类号 ： ＴＮ １ ５ ２ ． ４
光 电倍 增 管是 一 种 建 立 在 光 电效 应 、 二 次 电 子发射和电子光学理论基础上 的， 把微弱入射光
数的 Ｍ 倍 ， 电子逐一地在各个二次发射极下被倍 增， 从最 后一 个二 次发 射极 Ｄｎ 出射 的电子 数将 达 到由 Ｋ极 出射的电子数 的 倍（ 为倍增极个 数） 。 这些 电子由阳极 Ａ收集而成为阳极 电流， 在 负载 Ｒ 上产生信号电压 。
高压稳压 电源
图 １ 光 电倍 增 管 工 作 原 理 图
转换成光电子并获倍增 的光 电探测器件， 它在微 弱光信号探测领域 占有及其重要的地位， 是多种 精密测量仪器的核心器件 ， 被广泛应用于高能物 理、 光谱 分 析 、 遥 感 卫 星 测量 、 化工 、 地质勘探 、 医 疗、 生 物医药、 军 事 侦 察 和 环 境 监 测 等 领 域［ １ ］ 。 在 物理 实验 教学 中 ， 许 多实 验 内容 均 涉及 到光 电 倍增管的使用 ， 但学 生对其工作原理和使用方法 了解甚少 ， 尤其是光电倍增管的光谱特性 ， 是实验 的一个难点。基于此 ， 通过对单色仪 、 热探测器 的 择优选择 、 实验研究方案的精心策划 ， 优化设计 了 光电倍增管的光谱特性实验 ， 学生不仅可 以完成 光 电倍 增 管相 对 光 谱 响应 曲线 测 量 ， 还 可 以研 究 缝宽 、 温度 、 磁场 、 工 作 电压 等对 光 电倍增 管 光 谱 特 性 的影 响 ， 也 可 以利 用 此 实验 平 台研 究 其 它 光 电器件 的光谱特性 ， 加深学生对光 电倍增管工作 原理、 光谱 特性 的理 解 。该 实验 已作 为综合 性 、 设 计性、 研究性实验内容在大学物理实验 中开 出。
光 电倍 增 管 光 谱 特 性 实验 设 计
陈 森 ， 张师平 ， 吴 疆 ， 何
（ Ｊ Ｌ 京科技大学 ， 北京
康， 吴
平
１ ０ ０ ０ ８ ３）
摘
要： 提出了把光电倍增管光谱特『 生 作为研究性实验内容的设计方案， 通过实验可以测定 白炽灯辐射
的相对功率的光谱分布 曲线、 光电倍增管的相对光谱 响应 衄线， 标定光 电倍增管响应 的峰值 波长 ， 研究缝 宽、
一
线与 Ｐ （ ） ～ 曲线 的变化趋势是一致的。 又 由于 热电元件对照射光 的波长是无选择性 的， 即对各 波长的辐射的响应是相同的， 所以Ｖ（ ） ～ 曲线 即是光 源相 对辐射 功率 的光 谱 曲线 。热释 电探 测 器 线路 连接 图如 图 ４ 所示。
光 电倍增管光谱特性 实验设计
光谱 响应 曲线 ” ｌ ８ 。 实 际使用 的光 源 ， 对 于不 同的波长 ， 辐射 功率 是不 同的 。 直 接测 得 的光 电倍 增 管 的光 电流 的变
同波 长单 色光所 产生 的热 电压讯 号 （ ） 。 由于光 源辐 射功 率 Ｐ（ ） 正 比与 Ｖ（ ） ， 所 以 Ｖ（ ）～ 曲
二次发射倍增系统和阳极组成 。其工作原理见图 １ ＿ ７ ］ ， 当光 照射 到光 电阴极 Ｋ 上 时 ， 只要 光 子 能量 大 于光 电 阴极 材 料 的逸 出功 ， 光 电 阴极 表 面 就发 射 出电子 ， 在真 空 中被 Ｋ 和 Ｄ 间 电场加 速 ， 而射 到第一个“ 初级发射极” Ｄ 上， 快速的电子轰击使 Ｄ 产生二次电子发射 ， 出射的电子数为人射 电子