光电倍增管光谱特性实验设计
光电倍增管特性和参数的测试(精)
三、实验装置
实验装置如图3。
测试室
倍增管
光源室 白炽灯
检流计 倍增管电源
图3 测试原理图
白炽灯电源
本实验选用GB787-74型光电倍增管，其管 脚和名称见下图。
光电倍增管特性和参数的 测试
一、实验目的
1. 了解光电倍增管的基本特性。 2. 学习光电倍增管基本参数的测量方法。 3. 学会正确使用光电倍增管。
二、实验原理
1. 工作原理
光电倍增管是由半透明的光电发射阴极、倍增极和阳 极所组成的，由图1所示。
a) 侧窗式
b) 端窗式
c) 原理示意图
图1 光电倍增管外形与结果原理示意图
Байду номын сангаас
3. 光电倍增管的特性和参数
① 阴极光照灵敏度
阴极光照灵敏度定义为光电阴极的光电流IK除以入
射光通量φ所得的商：
SK
IK
( A
Lm )
国际照明委员会的标准光照相应于分布温度为
2859K的绝对黑体的辐射。
② 阳极光照灵敏度
阳极光照灵敏度定义为阳极输出电流IA除以入射光
通量φ所得的商：
SA
IA
( A
Im)
当入射光子照射到半透明的光电阴极K上时，将发射出光 电子，被第一倍增极D1与阴极K之间的电场所聚焦并加速 后与倍增极D2碰撞，一个光电子从D1撞击出3个以上的新电 子，这种新电子叫做二次电子。这些二次电子又被D1～D2 之间的电场所加速，打到第二个倍增极D2上。并从D2上撞 击出更多的新的二次电子。如此继续下去，使电子流迅速 倍增。最后被阳极A收集。收集的阳极电子流比阴极发射 的电子流一般大105～104倍。这就是真空光电倍增管的电 子内倍增原理。
实验十四 光电倍增管特性参数的测试
实验十四光电倍增管特性参数的测试一、实验目的1、了解光电倍增管的基本特性。
2、学习光电倍增管基本参数的测量方法。
3、学会正确使用光电倍增管。
二、实验内容1、暗电流的测量；2、阴极灵敏度的测量；3、阳极灵敏度的测量；4、光电倍增管放大倍数的测量；5、光电倍增管光电特性测量；6、光电倍增管的时间特性。
三、实验仪器ZY12206C光电倍增管实验箱、倍增管暗箱、白光LED光源、照度计探头、双踪示波器、同轴电缆线等。
四、实验原理1、工作原理光电倍增管是一种真空光电器件，它主要由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极组成。
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。
2、供电分压器和输出电路从光电阴极到阳极的所有电极用串联的电阻分压供电，使管内各极间能形成所需的电场。
光电倍增管的极间电压的分配一般由图二所示的串联电阻分压器执行的，最佳的极间电压分配取决于三个因素：阳极峰值电流，允许的电压波动以及允许的非线性偏离。
光电倍增管的极间电压可按前极区，中间区和末极区加以考虑。
前极区的收集电压必须足够高，以使第一倍增极有高的收集率和大的次极发射系数，中间级区的各级间通常具有均匀分布的极间电压，以使管子给出最佳的增益。
由于末极区各极，特别是末极区取较大的电流，所以末极区各极间电压不能过低，以免形成空间电荷效应而使管子失去应有的直线性。
当阳极电流增大到能与分压器电流相比拟时，将会导致末极区间电压的大幅度下降，从而使光电倍增管出现严重的非线性。
为防止极间电压的再分配以保证增益稳定，分压器电流至少为最大阳极电流的10倍。
光电倍增管特性及应用
光电倍增管特性及应用光电倍增管（photomultiplier tube，简称PMT）是一种具有高增益和低噪声的光电探测器，广泛应用于光电传感、光谱分析、医学影像等领域。
在本文中，我将详细介绍光电倍增管的特性和应用。
光电倍增管的结构由光阴极、光学系统、电子倍增系统和采样系统组成。
当入射光通过光学系统到达光阴极时，光子会激发光阴极上的电子发射，被光阴极吸收的光子数与发射电子数成正比。
这些发射的电子经过电子倍增系统，通过二次发射和隔离电子逐级倍增，从而形成一个电荷增益的级联过程。
最后，采样系统将输出信号转化为电压脉冲形式。
光电倍增管具有以下特点：1. 高增益：光电倍增管的增益通常在10^6到10^8之间，即每一个入射光子可以产生大量的电子被乘以倍增因子。
2. 宽动态范围：光电倍增管的输出信号可以覆盖从甚微的光到极强的光，可以处理不同亮度范围的信号。
3. 快速响应：光电倍增管的时间响应通常在几纳秒到几十纳秒之间，可以满足对快速变化的光信号的需求。
4. 低噪声：光电倍增管的噪声来自于光电子发射过程和电子倍增过程中的随机性，但其噪声水平较低，可以提供较高的信噪比。
5. 可靠性：光电倍增管具有长寿命、高可靠性和较好的线性输出特性，适用于长时间连续工作。
光电倍增管在许多领域都有广泛应用：1. 光电传感：光电倍增管可以将光信号转换为电信号，用于检测和测量光的强度、波长和时间特性。
例如，在光谱仪、光度计和测光仪中，光电倍增管可以实现对光谱的高灵敏度和高分辨率的测量。
2. 时间测量：光电倍增管的快速响应特性使其在时间测量中得到广泛应用。
例如，在飞行时间质谱仪中，光电倍增管可以测量荷电粒子的到达时间，从而确定其质量和能量，广泛应用于物理、化学和生物学等领域。
3. 放射性测量：光电倍增管可用于检测和测量放射性粒子的能量和强度。
例如，在核物理实验中，光电倍增管可以用于测量射线的能量和位置，从而提供有关粒子的重要信息。
4. 医学影像：光电倍增管广泛应用于医学影像，如正电子发射断层成像（PET）和单光子发射断层成像（SPECT），用于检测和诊断疾病。
光电倍增管特性综合测试实验
专家评审意见
认证专家签名（至少3人）：
学院意见
院长签名学院盖章
论证情况：
综合性实验涉及的知识面较广，重点要求学生掌握实验原理。学生书写实验报告时，原理要阐述清楚，原理部分和实验的精度是实验报告的重点部分。电倍增管是高灵敏度的光电转换器件,管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个倍增电极,可用来检测微弱光信号,光电倍增管可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能，光电倍增管高灵敏度和低噪声的特点使它在光测量方面获得广泛应用，光电倍增管还有快速响应、低本底、大面积阴极等特点。实验要求学生掌握光电倍增管结构以及工作原理,掌握光电倍增管基本特性,掌握光电倍增管基本参数的测量方法,了解光电倍增管的应用。实验涉及光学度量、光电转换和光电探测等知识，知识面较广，通过实验数据测量和实验曲线的绘制，锻炼了学生实验动手操作能力和数据处理能力，进一步促进学生将课本理论知识与实验结合起来，培养学生科学严谨的科学研究态度，属于综合性实验。
安徽科技学院综合性、设计性实验项目认证表
实验项目名称
光电倍增管特性综合测试实验
实验计划学时
3
所属课程名称
光电器件与技术
项目申报负责人
王玉莲
所属学院
理学院Hale Waihona Puke 开设时间2010.7
项目内容及可行性论证
项目内容：
1、光电倍增管阴极光电特性测试实验2、光电倍增管阳极光电特性测试实验3、光电倍增管阴极伏安特性测试实验4、光电倍增管阳极伏安特性测试实验、5、光电倍增管光谱特性测试实验
光电倍增管特性实验
光电倍增管特性实验【实验目的】1、熟悉光电倍增管的基本构成和工作原理，掌握光电倍增管参数的测量方法；2、掌握光电倍增管高压电源模块的使用方法；3、学习光电倍增管输出信号的检测和变换处理方法。
【基本原理】1．光电倍增管结构及工作原理光电倍增管是一种真空管，它由光窗、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。
电子倍增系统为使光电倍增管正常工作，光电倍增管中阴极（K）和阳极（A）之间分布有多个电子倍增极Dn。
如图2所示，在管外的阴极（K）和各个倍增极及阳极（A）引脚之间串联多个电阻Rn,由Rn形成的分压电阻使各个倍增极相对阴极而言加上了逐步升高的正电压，要在阴极（K）和阳极（A）之间加上500～3000V左右的高电压，目的是吸引并加速从阴极飞出的光电子，并使他们飞向阳极。
图1是流过分压器回路的电流，被叫做分压器电流，它和后面图1中回路电流Ib叙述的输出线性有很大的关系。
I可近似用工作电压V除以分压电阻之和的值来b表示。
光电倍增管的输出电流主要是来自于最后几级，为了在探测脉冲光时，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。
图中和电阻并联的电容Cn-3、Cn-2、Cn-1、Cn就是因此而设计的。
本实验系统使用的电子倍增系统为环形聚焦型。
由光阴极发射出来的光电子被第一倍增极电压加速撞击到第一倍增极，以致发生二次电子发射，产生多于入射光电子数目的电子流。
这些二次电子发射的电子流又被下一个倍增极电压加速撞击到下一个倍增极，结果产生又一次的二次电子发射，连续地重复这一过程，直到最末倍增极的二次电子发射被阳极收集，光电子经过从第1极到最多19极的倍增电极系统，可获得10倍到108倍的电流倍增之后到达阳极。
这时可以观测到，光电倍增管的阴极产生的很小的光电子电流，已经被放大成较大的阳极输出电流。
通常在阳极回路要接入测量阳极电流的仪表，为了安全起见，一般使阳极通过RL接地，阴极接负高压。
光电倍增管特性测量和应用
平均电流的 100 倍。 确定了分压器的电流， 就可以根据光电倍增管的最大阳极电压算出分压 器的总电阻，再按适当的极电压分配，由总电阻计算出分压电阻的阻值。 3、电倍增管的特性和参数 光电倍增管的特性参数包括灵敏度、电流增益、光电特性、阳极特性、暗电流等。下面 介绍本实验涉及到的特性和参数。 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。 2）阴极光照灵敏度 SK 阴极光照灵敏度 SK 是指光电阴极本身的积分灵敏度。定义为光电阴极的光电流 Ik 除以 入射光通量Φ所得的商
1、暗电流测量
1）将光源旋接在光电倍增管暗箱上； 2）将暗箱上的“阴极电流/阳极电流” 开关（以下简称“阴极/阳极”开关）打到“阳极电 流”档； 3） 将实验箱上的“HV/LV”开关打到“HV”档， 将“静态特性测试/时间特性测试”开关 （以 下简称“静态/时间”开关）打到“静态特性测试”档； 4）缓慢调节电压调节旋钮至电压表显示为 1000V，记下此时电流表的显示值，该值即 为光电倍增管在 1000V 时的暗电流； 5）将高压调节旋钮逆时针调节到零；
六、实验内容
准备步骤：用同轴电缆线将光电倍增管暗箱的“PMT 输出”接口与光电倍增管实验仪实 验箱上的“PMT 输入”接口相连，用同轴电缆线将光电倍增管暗箱上的“高压输入”接口与实 验箱上的“高压输出”接口相连，用同轴电缆线将照度计探头与实验箱上的“照度计输入”接 口相连，将所有旋钮逆时针调节到最小。 注：本实验采用的光电倍增管的受光面面积为 24mm×8mm。
（一）光电倍增管综合实验仪说明
光电倍增管是一种真空光电器件，它主要由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和 阳极组成。其工作原理为：当光照射光电倍增管的阴极 K 时，阴极向真空中激发出光电子 （一次激发） ，这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，由倍增电极激发的电子（二次激发） 被下一倍增极的电场加速， 飞向该极并撞击在该极上再次激发出更多的电子， 这样通过逐级 的二次电子发射得到倍增放大， 放大后的电子被阳极收集作为信号输出。 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。 ZY12206C 型光电倍增管综合实验仪主要研究光电倍增管的基本特性，如暗电流、阴极灵敏 度、阳极灵敏度、放大倍数（增益） 、光电特性、伏安特性、时间特性、光谱特性等等，实 验箱分电路部分和光路部分。在电路 PCB 板部分，模块化设计，配备有电压表、精密电流 表和照度计，连线、调节、观察和记录都很方便。加上我司拥有专利技术的结构设计使得整 个实验系统美观、严谨。
光电倍增管实验
实验目的
1.了解光电倍增管的基本特性 2.学习光电倍增管基本参数的测法 3.学会正确使用光电倍增管
实验仪器
1.光电倍增管 实验所用光电倍增管为931A型，直径 1-1/8英寸.九级倍增.侧窗型光电倍增管， 硼硅玻壳.锑铯光阴极.300～650nm（S-4） 光谱响应，采用特殊设计的抗滞后结 构，具有极好的输出稳定性。
2.阳极灵ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ度测量
1）将 “阴极/阳极”开关打到“阳极电流”档； 2）将 “HV/LV”开关打到“HV”档，将“静态/ 时间”开关打到“静态特性测试”档； 3）缓慢调节光照度调节旋钮，将照度值调节到 0.1lx； 4）缓慢调节高压调节旋钮，分别记下电压为 100V,200V,300V,400V,500V,600V,700V,800V, 900V和1000V时的阳极电流值； 5）绘出在该光照度下的－V关系曲线。
2.倍增管的主要特性参数
包括灵敏度.
光谱响应度.
电流增益. 伏安特性. 暗电流. 线性和时间特性等。
1）灵敏度
阴极灵敏度SK 定义：光电阴极的饱和光电流Ik除以入射到阴极的 光通量Φ所得的商
IK Sk ( A / Lm)
阴极光照灵敏度只与光电阴极的材料和光电倍增管 的结构有关。
实验内容
1.暗电流的测量 2.阴极灵敏度的测量 3.阳极灵敏度的测量 4.光电倍增管放大倍数的测量 5.光电倍增管光电特性 6.光电倍增管时间特性
实验原理
1．光电倍增管工作原理
K是光电阴极、 D为聚焦极 D1～D10为倍增极，每一级电压约80～150V、 A为收集电子的阳极
K是光电阴极，受光照射时发射电子，D为聚 焦极，它与阴极共同形成电子光学聚焦系 统，将光电阴极发射的电子会聚成束并通 过膜孔射向第一倍增极D1，D1～D10为倍 增极，所加电压逐级增加。每一级约80～ 150V，A为收集电子的阳极。 这些电极封装在真空管内，光电阴极附近制 作光入射窗口。在高速初电子的激发下， 第一倍增极被激发出若干二次电子，这些 电子在电场的作用下，又射向第二倍增极， 又引起第二倍增极更多的二次电子发 射……，此过程一直继续D10。最后经倍增 的电子被阳极A收集而输出电流，在负载RL 上产生信号电压。
光电倍增管原理、特性与应用
接收入射光 Œ而端窗型光电倍增管 ˆ£ ² 系列‰ 则从 玻璃壳的顶部接收入射光 " 图 ’ 和图 “ 分别是侧窗 式光电倍增管和端窗式光电倍增管的外形图 "
在通常情况下 Œ侧窗型光电倍增管 ˆ ² 系列‰ 的 单价比较便宜 ˆ一般数百元• 只‰ Œ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 ˆ反射式光 阴极‰和环形聚焦型电子倍增极结构 Œ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 ˆ£ ² 系列‰ 也称顶窗型光电
图 ’ 侧窗型光电倍增管
图 “ 端窗型光电倍增管
倍增管 " 其价格一般在千元以上 Œ 它是在其入射窗 的内表面上沉积了半透明的光阴极 ˆ透过式光阴 极‰ Œ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 Œ另外 Œ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 " “ Ž’ 按电子倍增系统分类
图 ‘ 端窗型光电倍增管的剖面图
” 小结
电子点火系统在现代汽车电子系统中有着广泛 的应用 Œ 用 ¬”˜” 专用集成电路可构成高能电子点 火器 Œ应当注意的是 š在使用中应合理选择工作点的 参数 Œ 以利提高电子点火系统乃至汽车发动机的可 靠性 "
收稿日期 š’••‘ • •‘ • •’ 咨询编号 š•‘•˜•”
图 ” 给出了双碱光电倍增管 ˆ其光阴极材料为 ³Â • ²  • £Ó和 ³Â • «• £Ó‰ 的典 型光 谱响 应曲 线"
光电倍增管原理_特性与应用_武兴建
综述光电倍增管原理、特性与应用安徽阜阳药检所仪器室武兴建安徽阜阳制药厂仪器室吴金宏Princi p le,Characteristics and A pp lication of PhotoelectricMa g nification TubeWu Xin g j ian Wu Jinhon g摘要:光电倍增管是一种能将微弱的光信号转换成可测电信号的光电转换器件。
文中以北京滨松光子技术有限公司生产的R/CR系列产品为代表,介绍光电倍增管的一般原理、使用特性及其应用。
并特别给出了在各种应用领域所适用的光电倍增管的型号。
关键词:光子技术;光电倍增管;使用特性分类号:T N152文献标识码:B文章编号:1006-6977(2001)08-0013-053.3过电压限制为防止功率管Q的集电极过电压击穿,L484专门设计了过电压门限电路,可通过外接分压电阻R5、R6来确定过电压的门限值V OV P:V OV P=[(30/R5)+5 10-3]R6+30(V)3.4停转断电保护当负载断电时,L484内部的停转断电保护电路立刻关断外接的功率管Q,其阈值V D th可通过分压电阻R8、R9来调整:V D th=8.5[(R8+R9)/R9]+5 10-4R8(V)4小结电子点火系统在现代汽车电子系统中有着广泛的应用,用L484专用集成电路可构成高能电子点火器,应当注意的是:在使用中应合理选择工作点的参数,以利提高电子点火系统乃至汽车发动机的可靠性。
收稿日期:2001-01-02咨询编号:0108041概述光电子应用技术是一门新兴的高新技术,当前还处于发展阶段。
相信它在21世纪必将有重大创新并迅速崛起。
光电子技术产业也必将发展成为一种新兴的知识经济,从而在新兴技术领域形成巨大的生产力。
光电倍增管(PM T)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。
光电倍增管特性理科物理实验报告-实验步骤数据分析讨论全套
光电倍增管特性实验报告一、实验目的与实验仪器目的（1）掌握光电倍增管结构以及工作原理。
（2）学习掌握光电倍增管基本特性。
（3）学习掌握光电倍增管基本参数的测量方法。
（4）了解光电倍增管的应用。
仪器光电倍增管及微弱光实验仪、光通路组件、光电倍增管及封装组件、BNC 线、示波器二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）1、灵敏度1.1阴极灵敏度。
光电阴极的光电流除以入射光通量FE为入射到阴极的光照度，S为光电阴极的面积1.2阳极光照灵敏度。
阳极输出电流与照射阴极上光通量的比值2、放大倍数G一定的入射光通量和阳极电压下，阳极与阴极电流间的比值或阳极和阴极灵敏度的比值3、阳极伏安特性光通量一定时，阳极电流和总电压之间的关系。
光电倍增管的增益G与二次倍增极电压E 之间的关系n为倍增极数，b为与倍增管材料有关的常数。
4、暗电流。
当光电倍增管完全与光照隔绝时，加上工作电压后阳极电路里仍会有输出电流，称为暗电流。
引起因素：热电子发射，场致发射，放射性同位素的核辐射，光反馈，离子反馈，极间漏电等5、光电特性一定工作电压下，阳极输出电流与光通量之间的曲线关系6、时间特性光电子从光电阴极发射经过倍增极达到阳极的时间7、光谱特性光电倍增管的阴极将入射光的能量转换为光电子。
其转换效率（阴极灵敏度）随入射光的波长而变三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）按照要求连接电路，接通电源，每个实验前都需要重新按照要求设置一下初始状态（电压和光照等）1、阴极灵敏度。
缓慢调节光照度，使照度计显示0.5LX，保持光照度不变，电压调节至负80V,记下电流2、阳极灵敏度。
同1，光照度显示0.1LX，电压调至负400V，记下电流3、阴极光电特性。
电压调至负80V，保持不变，调节光照度0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0LX依次记录此时电流；将阴极电压调至负50V重复上述操作。
4、阳极光电特性。
光电倍增管实验
6.光电倍增管的时间特性
1） “静态/时间”开关打到“时间特性测试” 档，将“HV/LV”开关打到“HV”档； 2） “阴极/阳极”开关打到“阳极电流”档； 3）将光源与实验箱上的LED1相连； 4）用示波器探头分别连接到 “PMT输出”和 “光脉冲” 上，从零开始缓慢增加电压， 观察两路信号在示波器中的显示； 5）记录实验现象，并对实验现象进行解释。
2. 光电倍增管实验仪
照度表------测量连续光源强度，有调零 和换档功能。 光照度调节—调节连续光源的电源电压， 从LED2输出接到光源。 脉冲宽度调节----调节脉冲光源的脉冲宽 度，从LED1输出脉冲电压，接到光源。 高压调节----调节光电倍增管直流电压， 由“高压输出”输出，接入光电倍增管 “高压输入”，开关拨向HV输出0～ 1000V电压，开关拨向LV输出0～40V电 压。 电压表------测量光电倍增管直流电压。
2.阳极灵敏度测量
1）将 “阴极/阳极”开关打到“阳极电流”档； 2）将 “HV/LV”开关打到“HV”档，将“静态/ 时间”开关打到“静态特性测试”档； 3）缓慢调节光照度调节旋钮，将照度值调节到 0.1lx； 4）缓慢调节高压调节旋钮，分别记下电压为 100V,200V,300V,400V,500V,600V,700V,800V, 900V和1000V时的阳极电流值； 5）绘出在该光照度下的－V关系曲线。
阳极光照灵敏度除与光电阴极的材料和光电倍增管 的结构有关外，还与工作电压有关。而且公式中的 要保证光电倍增管处于正常的线性工作状态，若在 饱和状态，光通量变化时电流并不改变，测得的灵 敏度就没有意义。因此测量时所用光通量比测阴极 灵敏度时要小很多。
Ia S a ( A / Lm)
光电倍增管光谱特性实验设计
关 键 词：光电倍增管；光谱特性；研究性实验
中 图 分 类 号 ：ＴＮ １５２．４
文 献 标 志 码 ：Ａ
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 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 。 ［１－６］ 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 。
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 Ｍｎ 倍 （ｎ 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 ＲＬ 上产生信号电压。
实验七 光电倍增管的特性与特性参数测试
实验七光电倍增管的特性与特性参数测试1. 实验目的：光电倍增管是最灵敏的光电器件。
它的暗电流、噪声、灵敏度大范围可调和时间响应等特性都具有独特的特点，因此，光电倍增管是非常优秀的光电器件。
掌握光电倍增管的主要特性参数，及其它的供电电路对于正确应用光电倍增管解决微弱辐射的测量技术是非常重要的。
2. 实验仪器：1）GDS-Ⅱ型光电综合实验平台主机；1)GDBS-Ⅰ型光电倍增管实验装置；3. 实验内容：1、光电倍增管阳极暗电流I D的测量；2、光电倍增管阳极光照灵敏度S a的测量；光电倍增管的灵敏度S a与电源电压U bb 的关系；3、测量光电倍增管的增益G；4. 实验原理1）光电倍增管工作原理光电倍增管是真空光电器件，它主要由光入射窗、光电阴极面、电子聚焦系统、倍增电极和阳极等5部分构成。
其工作原理如“光电技术”教材第4章所讲述，分下面5部分：(1)光子透过入射窗口玻璃入射到玻璃内层光电阴极上，窗口玻璃的透过率满足光电倍增管的光谱响应特性；(2)进入到光电阴极上的光子使光电阴极材料产生外光电效应，激发出电子，并飞离表面到真空中，称其为光电子；(3)光电子通过电场加速，并在电子聚焦系统的作用下射入到第一倍增极D1上，倍增极D1将发射出比入射光电子数目增多δ倍，这些二次电子又在电场作用下射入到下一增极；(4)入射电子经N级倍增后，电子数就被放大δN倍；(5)经过电子倍增后的二次电子由阳极收集起来，形成阳极电流，在负载上产生压降，输出电压信号U o。
2）光电倍增管的基本特性参数光电倍增管的特性参数包括光电灵敏度、电流增益、光电特性、阳极特性、暗电流特性与时间响应等特性。
① 光电灵敏度光电灵敏度是光电倍增管探测光信号能力的一个重要标致，光电灵敏度通常分为阴极灵敏度S k 与阳极灵敏度S a ，同时，它们又可分为光谱灵敏度与积分灵敏度。
关于灵敏度的定义问题请参考“光电技术”教材的第4章光电倍增管的论述。
光电倍增管的阳极光谱灵敏度常用S a ，λ表示，阳极积分灵敏度常用S a 表示，其量纲为A/lm 。
光电倍增管实验报告
梧州学院学生实验报告专业班级： 学号： 姓名： 成绩：实验课程：光电信息实验 实验名称：光电倍增管特性参数实验 实验组号：第二大组 同组成员： 实验地点：应用物理实验室 实验时间：实验目的：掌握光电倍增管结构以及工作原理,掌握光电倍增管基本参数的测量方法. 实验仪器：光电倍增管综合实验仪、光通路组件、光照度计 实验原理：光电倍增管（PMT ）是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。
典型的光电倍增管如图2-1和图2-2所示，在真空管中，包括光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极（阳极）的器件。
当光照射光电倍增管的阴极k 时，阴极向真空中激发出光电子（一次激发），这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，由倍增电极激发的电子（二次激发）被下一倍增极的电场加速，飞向该极并撞击在该极上再次激发出更多的电子，这样通过逐级的二次电子发射得到倍增放大，放大后的电子被阳极收集作为信号输出。
因为采用了二次发射倍增系统，光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。
光电倍增管还有快速响应、低本底、大面积阴极等特点。
本实验仪采用的端窗型光电倍增管来设计结构。
端窗型（也称作顶窗型）光电倍增管在其入射窗的内表面上沉积了半透明光阴极（透过式光阴极）。
图2-1 端窗型光电倍增管剖面图A 图2-2 端窗型光电倍增管剖面图B阴极光照灵敏度S K 是指光电阴极本身的积分灵敏度。
测量时光电阴极为一极，其它各电极连在一起为另一极，在其间加上100～300V 电压，如图2-3所示。
照在阴极上的光通量通常选在10-9-10-2lm 的数量级，因为光能量过小会由于漏电流的影响而使光电流的测量准确度下降，而光能量过大也会引起测量误差。
光电倍增管的特性参数包括灵敏度、电流增益、光电特性、阳极特性、暗电流、时间响应特性、光谱特性等等。
下面介绍本实验涉及到的特性和参数。
（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，即白光灵敏度，其单位为uA/Lm 。
光电倍增管实验
PMT输入----光电倍增管电流输入端，进入 电流检测单元，经处理送入电流表。
电流表------测量光电倍增管输出电流，单位 为µA或nA自动换档。
时间特性测试区----开关拨向时间特性测试， 则测试光电倍增管的时间特性，从“光脉 冲”测试脉冲光源电源的脉冲电压，从 “PMT输出”测试光电倍增管输出的脉冲 电流；开关拨向静态特性测试，则测试光 电倍增管的静态特性。
流过分压电路的电流Ib与光电倍增管输出信号的线 性密切相关，分压电阻的取值应考虑到这一点。
随着光通量的增加，阳极电流Ia也相应增加。当光 通量进一步增大并超过某一定值后，阳极电流与光通 量之间会偏离线性关系，甚至使光电倍增管进入饱和 状态，如下图所示
光电倍增管的光电特性
5）时间特性
由于电子在倍增过程中的统计性质以及电 子的初速效应和轨道效应，从阴极同时发 出的电子到达阳极的时间是不同的，因此， 输出信号相对于输入信号会出现展宽和延 迟现象，这就是光电倍增管的时间特性。
2.阳极灵敏度测量
1）将 “阴极/阳极”开关打到“阳极电流”档； 2）将 “HV/LV”开关打到“HV”档，将“静态/
时间”开关打到“静态特性测试”档；
3）缓慢调节光照度调节旋钮，将照度值调节到 0.1lx；
4）缓慢调节高压调节旋钮，分别记下电压为 100V,200V,300V,400V,500V,600V,700V,800V, 900V和1000V时的阳极电流值；
2. 光电倍增管实验仪
照度表------测量连续光源强度，有调零 和换档功能。
光照度调节—调节连续光源的电源电压， 从LED2输出接到光源。
脉冲宽度调节----调节脉冲光源的脉冲宽 度，从LED1输出脉冲电压，接到光源。
光电倍增管使用特性之欧阳家百创编
欧阳索引创编 2021.02.02 欧阳索引创编 2021.02.02光电倍增管简介及使用特性我们做化学发光的仪器检测部分都是用光电倍增管来检测我们化学反应所发出的微弱的光信号，我在这里给大家介绍一下光电倍增管的一些参数，仅供大家参考。
介绍欧阳家百（2021.03.07）今天我们使用的光电器件中，光电倍增管（PMT ）是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。
典型的光电倍增管如图1所示，在真空管中，包括光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极（阳极）的器件。
当光照射光阴极，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，通过进一步的二次发射得到倍增放大。
放大后的电子被阳极收集作为信号输出。
因为采用了二次发射倍增系统，光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。
光电倍增管还有快速响应、低本底、大面积阴极等特点。
欧阳索引创编2021.02.02下面将讲解光电倍增管结构的主要特点和基本使用特性。
结构一般，端窗型（Head-on ）和侧窗型（Side-on ）结构的光电倍增管都有一个光阴极。
侧窗型的光电倍增管，从玻璃壳的侧面接收入射光，而端窗型光电倍增管是从玻璃壳的顶部接收入射光。
通常情况下，侧窗型光电倍增管价格较便宜，并在分光光度计和通常的光度测定方面有广泛的使用。
大部分的侧窗型光电倍增管使用了不透明光阴极（反射式光阴极）和环形聚焦型电子倍增极结构，这使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。
端窗型（也称作顶窗型）光电倍增管在其入射窗的内表面上沉积了半透明光阴极（透过式光阴极），使其具有优于侧窗型的均匀性。
端窗型光电倍增管的特点还包括它拥有从几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极。
端窗型光电倍增管中还有针对高能物理实验用的，可以广角度捕集入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。
欧阳索引创编2021.02.02电子倍增系统光电倍增管的优异的灵敏度（高电流放大和高信噪比）得益于基于多个排列的二次电子发射系统的使用，它使电子低噪声的条件下得到倍增。
光电倍增管在物理实验中的应用研究
1 引言光电倍增管PMT(photomultiplier tube)是一种建立在光电子发射效应、二次电子发射和电子光学理论基础上,把微弱光转换成光电子并获倍增的重要的真空光电发射器件[1]。
光电倍增管于1934年第一次研制成功,它作为弱光探测器已有70多年的发展历史。
自80年代开始,光电倍增管进入飞速发展的阶段,各种结构和功能的光电倍增管层出不穷,性能参数也不断提高。
光电倍增管也正是凭着优越的性能被广泛应用到光谱分析、遥感卫星测量、高能物理、医学影像诊断、环境监测、军事侦察等广阔领域。
2 光电倍增管的工作原理和基本特性2.1光电倍增管的一般结构及工作原理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。
光电倍增管的工作原理可用图1说明,其中光阴极可根据设计需要采用不同的光电发射材料制成。
聚焦电极与光阴极共同形成电子光学聚焦系统,将光电阴极发射的电子汇聚成束并通过导电膜孔打到电子的阳极。
在高速初电子的激发下,第一倍增极被激发出若干二次电子,这些电子在电场的作用下,打到第二倍增极处,又引起更多的二次电子发射,此过程一直持续到第十。
最后,经倍增的光电子被阳极收集作为信号输出。
(如图1)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。
2.2光电倍增管的基本特性(1)灵敏度和工作光谱区光电倍增管的灵敏度S是指在1lm的光通量照射下所输出的光电流强度,即FiSS单位为μA/lm。
显然,灵敏度随入射光的波长而变化,这种灵敏度称为光谱灵敏度,而描述光谱灵敏度随波长而变化的曲线称为光谱响应曲线,由此可确定光电倍增管的工作光谱区和最灵敏波长。
(2)暗电流光电倍增管在全暗条件下工作时,阳极所收集到的电流称为暗电流。
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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。
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 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
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、
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
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
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
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
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
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
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。
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
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