光电倍增管讲解培训课件
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《光电倍增管》课件
CT、MRI等设备中的探测器。
案例二：光电倍增管在环境监测领域的应用
总结词
光电倍增管在环境监测领域中发挥着重要作用，能够实现高精度、高灵敏度的气体和水质监测，为环境保护提供 科学依据。
详细ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ述
光电倍增管在环境监测中主要用于气体和水的分析。对于气体监测，光电倍增管可以检测空气中的有害气体和温 室气体，如二氧化碳、甲烷等。对于水质监测，光电倍增管可以检测水中的重金属离子、有机污染物等有害物质 ，为水处理和水质管理提供依据。此外，光电倍增管还可用于气象观测和遥感监测等领域。
高增益与低噪声
通过改进倍增级结构和材料，提高光电倍增管的 增益和降低噪声，从而提高探测器的信噪比和灵 敏度。
多通道并行处理
采用多通道并行处理技术，实现多个光电倍增管 同时工作，提高探测器的响应速度和测量精度。
光电倍增管的市场展望
不断增长的市场需求
随着科学技术的进步和应用领域的拓 展，光电倍增管的市场需求将持续增 长，尤其在医疗、环保、安全等领域 的应用前景广阔。
污染物等。
02 光电倍增管的结构与特性
光电倍增管的结构
光电阴极
将光信号转换为电子的过程发生在此区域，通常 使用材料如硫化锑或硒化铊。
倍增极
一系列的电子倍增器，用于放大由光电阴极产生 的电子。
阳极
收集倍增后的电子并产生最终的电流或电压输出 。
光电倍增管的特性
01
02
03
高灵敏度
能够检测到微弱的入射光 信号，通常在亚纳瓦级别 。
05 光电倍增管的典型案例分析
案例一：光电倍增管在医疗仪器中的应用
总结词
光电倍增管在医疗仪器中具有广泛的应用， 能够提高医疗设备的检测精度和灵敏度，为 医疗诊断和治疗提供有力支持。
案例二：光电倍增管在环境监测领域的应用
总结词
光电倍增管在环境监测领域中发挥着重要作用，能够实现高精度、高灵敏度的气体和水质监测，为环境保护提供 科学依据。
详细ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ述
光电倍增管在环境监测中主要用于气体和水的分析。对于气体监测，光电倍增管可以检测空气中的有害气体和温 室气体，如二氧化碳、甲烷等。对于水质监测，光电倍增管可以检测水中的重金属离子、有机污染物等有害物质 ，为水处理和水质管理提供依据。此外，光电倍增管还可用于气象观测和遥感监测等领域。
高增益与低噪声
通过改进倍增级结构和材料，提高光电倍增管的 增益和降低噪声，从而提高探测器的信噪比和灵 敏度。
多通道并行处理
采用多通道并行处理技术，实现多个光电倍增管 同时工作，提高探测器的响应速度和测量精度。
光电倍增管的市场展望
不断增长的市场需求
随着科学技术的进步和应用领域的拓 展，光电倍增管的市场需求将持续增 长，尤其在医疗、环保、安全等领域 的应用前景广阔。
污染物等。
02 光电倍增管的结构与特性
光电倍增管的结构
光电阴极
将光信号转换为电子的过程发生在此区域，通常 使用材料如硫化锑或硒化铊。
倍增极
一系列的电子倍增器，用于放大由光电阴极产生 的电子。
阳极
收集倍增后的电子并产生最终的电流或电压输出 。
光电倍增管的特性
01
02
03
高灵敏度
能够检测到微弱的入射光 信号，通常在亚纳瓦级别 。
05 光电倍增管的典型案例分析
案例一：光电倍增管在医疗仪器中的应用
总结词
光电倍增管在医疗仪器中具有广泛的应用， 能够提高医疗设备的检测精度和灵敏度，为 医疗诊断和治疗提供有力支持。
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
完整最新ppt
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
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。
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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
PMT基础知识(内部培训资料 演示文稿
四 百叶窗型（VB） 特点
1第一倍增极的有效面积大，易制成较大阴 极的PMT 2 耐磁牲好、 3 输出电流大、 4 增益高 ▲ 代表管型：R1513 R887 EMI9635QB 等
五 细网型（FM） 特点：
1 耐磁性能好（强磁场下工作） 2 均匀性好 3 倍增极短、平行电场、具有位置探测功 能。
光窗材料透过率曲线
光电倍增管光谱短波阈由入射 光窗决定。
光电阴极
光电阴极是接收光子而放出光 电子的电极。一般分为半透明 （入射光和光电子同一方问） 的端面或四面窗阴极和不透明 （入射光的方向与光电子方向 相反）。见图（2）电子轨迹图。
电子轨迹图
(1) 单碱 Sb-Cs
特点是： 阴极电阻低，允许强光下有大电流流过阴 极的场合下工作）
加工技术。在光阴极面上加偏置电压，降 低导带壁垒。使得这种结构在到1.4μm或到 1.7μm长波方向的大范围内具有高灵敏度， 而目前为止光电倍增管还无法实现如此大
范围波长探测。不过，由于在常温下暗电 流大，这种光阴极面工作时必须冷却到60 ～ -80 ℃。
电压 (V)
光阴极电流与所加电压的关系曲线
我们称入射的电子为一次电子，发射的 电子为二次电子。二次电子发射系数 定义为发射的二次电子数NS和入射的 一次电子数Ne之比：
NS
Ne
光电倍增管结构如图所示。
一个光电倍增管可以分为几个部分：
（1）入射光窗、 （2）光电阴极、 （3）电子光学输入系统、 （4）二次倍增系统、 （5）阳极。
入射光窗
1μA 1μA 0.1μA / 0.01μA 10μA
10μA
(*)0.1μA 0.1μA
我公司生产的PMT的阴极材料主要是：
(1) Sb-Cs (2) 双碱（Sb-RbCs、Sb-KCs） (3) 高温双碱（Sb-K-Na） (4) 多碱（Sb-K-Na-Cs）
02-06-光电倍增管-1
2
2.7.1 光电倍增管的结构
光电倍增管由光阴极、次阴极（倍增电极）以及 光电倍增管由光阴极、次阴极（倍增电极） 阳极3部分组成，如图。 阳极3部分组成，如图。 次阴极 光阴 是在镍 极是 或铜或铜由半 铍的补 导体 底上涂 光电 上锑铯 材料 材料而 锑铯 形成的。 形成的。 做成。 做成。
次阴极多的可达30 次阴极多的可达30级，通常为12～14级。阳极是 30级 通常为12 14级 12～ 最后用来收集电子的，它输出的是电压脉冲。 最后用来收集电子的，它输出的是电压脉冲。
3
7.2 光电倍增管的工作原理
4
2.7.3 光电倍增管的主要参数
1 2 3 4 倍增系数M 倍增系数M 光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度 暗电流和本底脉冲 光电倍增管的光谱特性
5
1.倍增系数 1.倍增系数M 倍增系数M
倍增系数M 倍增系数M等于各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δi δi都 系数δi的乘积。如果n个倍增电极的δi都 一样， 因此，阳极电流I 一样，则，因此，阳极电流I为：
15
I = iδ
n i
式中， 表示光电阴极的光电流。 式中，i表示光电阴极的光电流。光电倍增管 的电流放大倍数β 的电流放大倍数β为:
I n β = = δi i
6
图2.39 光电倍增管的特性曲线
M与所加电压有关，一 与所加电压有关， 之间。 般M在105～108之间。 电压有波动， 电压有波动，倍增系 数也要波动，因此M 数也要波动，因此M具 有一定的统计涨落。 有一定的统计涨落。 一般阳极和阴极之间 的电压为1000V 1000V～ 的电压为1000V～ 2500V， 2500V，两个相邻的倍 增电极的电位差为 50V～100V。 50V～100V。对所加电 压越稳越好， 压越稳越好，这样可 以减小统计涨落， 以减小统计涨落，从 而减小测量误差。 而减小测量误差。 另外，由于光电倍增管的灵敏度很高， 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。 受强光照射，否则将会损坏。
PMT基础知识(内部培训资料 演示文稿
(10) InGaAs(Cs)
这种结构在灵敏度上比GaAs(Cs)更向红外 方向延伸，而且在900 nm～1000 nm附近 的量子效率比Ag-O-Cs好得多
(11) InP/InGaAsP(Cs), InP/InGaAs(Cs)
电场辅助型光阴极面(Field-assisted photocathode)使用了PN结，这种PN结是 通过使用InP基板生长InP/InGaAsP,或 InP/InGaAs层形成的。电场辅助性光阴极 面在研发中采用了我们独有的半导体微细
0
c
0
ch W
1240
/W
2 二次电子发射的基本原理
当足够能量的电子轰击固体表面时， 就有一定数量的电子从固体表面发 射出来。如图所示。
一次电子
二次电子 二次电子发射面
基板电极
二次发射过程可以分为三个阶段：
(1) 入射电子与发射体中的电子相互作用， 一部分电子被激发到较高能级； (2) 一部分受激电子向发射体－真空界面运 动； (3) 到达表面的电子中，能量大于表面势垒 的那些电子发射到真空中
温度 (℃)
阴极电阻与温度关系曲线
特
阴极材料
Ag-O-Cs Sb-Cs Sb-Rb-Cs / Sb-K-Cs Sb-Na-K
-Na-K-Cs
Cs-As Cs-Te Cs-I
性
光谱响应范围、〔峰值波长〕 （nm）
线性电流（上限）（平均电流）
400~1200 (800) 300~650 (440) 300~650 (420) 300~650 (370) 185~850 (420) 900 (600) Exterior line extended type 185~930 (300~700) 115~320 (210) 115~200 (140)
这种结构在灵敏度上比GaAs(Cs)更向红外 方向延伸，而且在900 nm～1000 nm附近 的量子效率比Ag-O-Cs好得多
(11) InP/InGaAsP(Cs), InP/InGaAs(Cs)
电场辅助型光阴极面(Field-assisted photocathode)使用了PN结，这种PN结是 通过使用InP基板生长InP/InGaAsP,或 InP/InGaAs层形成的。电场辅助性光阴极 面在研发中采用了我们独有的半导体微细
0
c
0
ch W
1240
/W
2 二次电子发射的基本原理
当足够能量的电子轰击固体表面时， 就有一定数量的电子从固体表面发 射出来。如图所示。
一次电子
二次电子 二次电子发射面
基板电极
二次发射过程可以分为三个阶段：
(1) 入射电子与发射体中的电子相互作用， 一部分电子被激发到较高能级； (2) 一部分受激电子向发射体－真空界面运 动； (3) 到达表面的电子中，能量大于表面势垒 的那些电子发射到真空中
温度 (℃)
阴极电阻与温度关系曲线
特
阴极材料
Ag-O-Cs Sb-Cs Sb-Rb-Cs / Sb-K-Cs Sb-Na-K
-Na-K-Cs
Cs-As Cs-Te Cs-I
性
光谱响应范围、〔峰值波长〕 （nm）
线性电流（上限）（平均电流）
400~1200 (800) 300~650 (440) 300~650 (420) 300~650 (370) 185~850 (420) 900 (600) Exterior line extended type 185~930 (300~700) 115~320 (210) 115~200 (140)
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
光电管及光电倍增管优秀课件
模块六 光电传感器及其应用
6.1.2 光电管及光电倍增管
传 光电管及光电倍增管优秀课件
感 器 原 理 及 应 用
模块六 光电传感器及其应用
6.1.2 光电管及光电倍增管
光电转换元件
传 (1)阴极
原 和一个阳极构成，并密
理 封在一支真空玻璃管内，
及 如右图所示。光电管的
应 阴极是接受光的照射，
原 形成电子发射。电子被带正电
理 位的阳极所吸引，在光电管内
及 就有了电子流，在外电路中便
应 产生了电流。
用
光电管工作时，必须在其阴极与阳极之间加上电势，使 阳极的电位高于阴极。光电流的大小与照射在光电阴极 上的光强度成正比。
模块六 光电传感器及其应用
6.1.2 光电管及光电倍增管
传 感 器 原 理 及 应 用
模块六 光电传感器及其应用
6.1.2 光电管及光电倍增管
光电倍增管
传
光电倍增管是在光电管的阳极和阴极之间增加若
感 器 原
干个（11～14个）倍增极（二次发射体），来放大光 电流。（如下图所示）
理
及
应
用
光电倍增管原理图
模块六 光电传感器及其应用
6.1.2 光电管及光电倍增管
传
感
当入射光很微弱时，普通光电管产生的光电流
器
很小，只有零点几个微安，很不容易探测。这时
原 常用光电倍增管对电流进行放大，其结构如图6-6
理
所示。
及
光电倍增管有放大光电流的作用，灵敏度非常
应
高，信噪比大，线性好，多用于测量微弱信号。
用
模块六 光电传感器及其应用
6.1.2 光电管及光电倍增管
传 感 器 原 理 及 应 用
6.1.2 光电管及光电倍增管
传 光电管及光电倍增管优秀课件
感 器 原 理 及 应 用
模块六 光电传感器及其应用
6.1.2 光电管及光电倍增管
光电转换元件
传 (1)阴极
原 和一个阳极构成，并密
理 封在一支真空玻璃管内，
及 如右图所示。光电管的
应 阴极是接受光的照射，
原 形成电子发射。电子被带正电
理 位的阳极所吸引，在光电管内
及 就有了电子流，在外电路中便
应 产生了电流。
用
光电管工作时，必须在其阴极与阳极之间加上电势，使 阳极的电位高于阴极。光电流的大小与照射在光电阴极 上的光强度成正比。
模块六 光电传感器及其应用
6.1.2 光电管及光电倍增管
传 感 器 原 理 及 应 用
模块六 光电传感器及其应用
6.1.2 光电管及光电倍增管
光电倍增管
传
光电倍增管是在光电管的阳极和阴极之间增加若
感 器 原
干个（11～14个）倍增极（二次发射体），来放大光 电流。（如下图所示）
理
及
应
用
光电倍增管原理图
模块六 光电传感器及其应用
6.1.2 光电管及光电倍增管
传
感
当入射光很微弱时，普通光电管产生的光电流
器
很小，只有零点几个微安，很不容易探测。这时
原 常用光电倍增管对电流进行放大，其结构如图6-6
理
所示。
及
光电倍增管有放大光电流的作用，灵敏度非常
应
高，信噪比大，线性好，多用于测量微弱信号。
用
模块六 光电传感器及其应用
6.1.2 光电管及光电倍增管
传 感 器 原 理 及 应 用
光电子技术电子课件-光电倍增管
光电倍增管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。
一.光电倍增器的分类1.光电倍增管按其接收入射光的方式一般可以分为：（1）侧窗型光电倍增管（R系列）侧窗型光电倍增管（R系列）是从玻璃壳的侧面接收入射光。
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。
（2）端窗型光电倍增管（CR系列）端窗型光电倍增管（CR系列）则从玻璃壳的顶部接收射光。
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。
二.光电倍增管的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。
三.光电倍增管的工作原理1).光子透过入射窗口入射在光电阴极上;2).光电阴极上的电子受光子激发，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级上，倍增级将发射出比入射电子数目更多的二次电子。
入射电子经N级倍增极倍增后，光电子就放大N次；4).经过倍增后的二次电子由阳极收集，形成阳极光电流。
1.3.4 光电倍增管的特性1.光谱响应2.光照灵敏度3.电流增大（增益）4.阳极暗电流5.磁场影响6.温度特点7.滞后特性。
光电倍增管原理讲课稿
▪ 鼠笼式
A
K
D8 D7
D1 D2 D4 D6 D5
D3
第二十六页，共40页。
倍增极 结构形式
特点
直瓦 极间电子渡越时间零散小，但绝缘支架可 聚 片式 能积累电荷而影响电子光学系统的稳定性
焦
型 圆瓦 结构紧凑，体积小，但灵敏度的均匀性差 片式 些。
工作面积大，与大面积光电阴极配合可制
非 百叶 成探测弱光的倍增管，但极间电压高时，
(jiàzhí)的阴极材料； ▪ CsSb：可见、紫外区有较高的响应率; ▪ 多碱光电阴极（双、三、、四碱）；
第十八页，共40页。
光电倍增管具体(jùtǐ)结构
▪ 2、电子光学系统
▪
——是指光电阴极至第一倍增极之
间的区域。
▪ 电子光学系统在结构上主要由聚焦电极 (diànjí)和偏转电极(diànjí)组成
第十九页，共40页。
对电子光学系统(xìtǒng)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(dàodá)第一倍增极所 ▪ 经历的时间尽可能一致。
第二十页，共40页。
3、倍增(bèi zēnɡ)系统 （Dynodes ）
1.灵敏度低；
缺 2.体积大； 点 3.玻璃体，易碎。
4.和放大器配合使用受限
1.稳定性差； 2.线性度差； 3.噪声大； 4.响应时间长
第三页，共40页。
3、光电倍增(bèi zēnɡ)管(PMT)
▪ 利用(lìyòng)外光电效应和二次电子发射相 结合即
▪ ——把微弱的光输入转化为光电子，并使 光电子获得倍增的一种光电探测器件。
A
K
D8 D7
D1 D2 D4 D6 D5
D3
第二十六页，共40页。
倍增极 结构形式
特点
直瓦 极间电子渡越时间零散小，但绝缘支架可 聚 片式 能积累电荷而影响电子光学系统的稳定性
焦
型 圆瓦 结构紧凑，体积小，但灵敏度的均匀性差 片式 些。
工作面积大，与大面积光电阴极配合可制
非 百叶 成探测弱光的倍增管，但极间电压高时，
(jiàzhí)的阴极材料； ▪ CsSb：可见、紫外区有较高的响应率; ▪ 多碱光电阴极（双、三、、四碱）；
第十八页，共40页。
光电倍增管具体(jùtǐ)结构
▪ 2、电子光学系统
▪
——是指光电阴极至第一倍增极之
间的区域。
▪ 电子光学系统在结构上主要由聚焦电极 (diànjí)和偏转电极(diànjí)组成
第十九页，共40页。
对电子光学系统(xìtǒng)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(dàodá)第一倍增极所 ▪ 经历的时间尽可能一致。
第二十页，共40页。
3、倍增(bèi zēnɡ)系统 （Dynodes ）
1.灵敏度低；
缺 2.体积大； 点 3.玻璃体，易碎。
4.和放大器配合使用受限
1.稳定性差； 2.线性度差； 3.噪声大； 4.响应时间长
第三页，共40页。
3、光电倍增(bèi zēnɡ)管(PMT)
▪ 利用(lìyòng)外光电效应和二次电子发射相 结合即
▪ ——把微弱的光输入转化为光电子，并使 光电子获得倍增的一种光电探测器件。
光电倍增管实验27页PPT
光电倍增管实验
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
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1/11/2021
光电倍增管讲解
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（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
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
光电倍增管：
极高灵敏度 快速响应
～106 ～pS
应 用：
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微弱光信号、快速脉冲弱光信号
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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
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。
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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。
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 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, 8பைடு நூலகம்0nm
•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。
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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
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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
1.24 Eg
μm
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5.2 光电管和光电倍增管的结构原理
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
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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。
NEA量子效率比常规发射体高得多！
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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
ax
1）光入射通道
2）短波阈值
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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。
EAe=EA2-Ed
•由于能级弯曲，使Ed>EA2, 这样就形成了负电子亲 和势。
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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
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EAe=E0-EC1<0
（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。
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（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。
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
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常用的光电阴极材料
金属：
半导体：
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。
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。
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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
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5.2.2 光电倍增管 Photomultiplier Tube 简称PMT
1.基本结构
电子光学系统
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1.基本结构
1）. 入射光窗
作用：
(a)侧窗式 (b)端窗式
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NEA的最大优点：
－－量子效率比常规发射体高得多
热电子
－－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：
价带 上 吸 收 电 热 光 子 子 电子（ 能 导 量 冷 损 带 失电 底 能 子 量 以 E 0 高 容 上 于 易 ） 命 1 1 0 ～ 41 1 0s2 ） 1（ 9 0 ～ 1 寿 8 0 s） （
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！！！
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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
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5.1 光电阴极
第5章 光电子发射探测器
Photoemissive detector,简称PE探测器
－－也称为真空光电器件
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。
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第5章 光电子发射探测器
Photoemissive detector,简称PE探测器 －－也称为真空光电器件