光电倍增管基础篇之三：基本选型方法

【滨松讲堂】光电倍增管基础篇之三：基本选型方法通过之前两篇文章的介绍，用户可以初步了解光电倍增管（Photomultiplier Tube，简称PMT）的探测范围及基本原理，那么，对于实际应用如何选择合适的PMT、怎样让PMT工作起来呢？这些问题可能会给大家带来困扰，本篇即对此做入门介绍。

根据入射光的波长、光强、光束直径、光现象发生的速度、使用环境等条件的不同，选择合适的PMT、工作条件和电路配置，以达到最佳测试效果。对此，可将PMT按照不同方法进行分类并选择：

1.按光谱响应范围分类选择

虽然PMT可探测光谱范围很宽，但每一种管型可直接响应的波段范围是有限的，为使其探测效率得到充分利用，同时又不造成性能及成本的浪费，需要根据入射光的波长选择合适波段的PMT，如图1所示。

图1 常见PMT响应范围

2.按光强大小分类选择

在“【滨松讲堂】光电倍增管基础篇之一：探测范围”中曾讲到，PMT是微弱光探测的利器，根据入射光强大小及后续电路处理方法的不同，可分为模拟用PMT（常规型号PMT）和光子计数用PMT（型号后缀带“P”标识）。前者可探测10-11W ~ nW量级的光强，后者

可探测10-16W ~10-11W量级的光强，二者在10-11W量级光强范围存在交叠部分，需根据实际应用及入射光其他特性具体分析哪种更加适合。

3.按光阴极面尺寸分类选择

根据入射光的光斑形状、大小、与PMT的距离关系等选择合适的PMT。如狭缝形的光斑更适合用侧窗型PMT。阴极面大小选择以尽量多的收集光束为原则，如图2所示，在光源特性完全一致的情况下，（a）PMT阴极面尺寸略小，不能有效收集光信号；（c）光信号虽可全部入射到PMT上，但光斑相对阴极面尺寸过小，阴极面边缘部分没有有效信号，却会产生噪声，使信噪比下降；（b）尺寸的选择明显优于（a）和（c）；（d）相比（b）而言，减小光源与PMT之间的距离，可提高光信号的收集效率、增大PMT的探测效率，是PMT 的首选方案。

图2 不同阴极面尺寸及测试距离与光束收集的关系

4.按响应时间分类选择

大多数PMT响应时间在几个~几十个ns，能够满足大部分的发光测试，但对特殊应用领域，如正电子发射断层显像（Time of flight-positron emission tomography，简称TOF-PET）、荧光寿命检测等，响应时间为10-10~10-11s量级的PMT可以为用户提供选择。此外，最终输出信号的响应频率是否能同步反映入射光信号的频率，除PMT的响应时间外，后续电路的处理也很关键，对于选择探测器模块的用户来说，需要考虑模块带宽是否满足需求。

5.按使用环境分类选择

根据使用环境的不同选择不同的PMT，常见的环境差异如温度、磁场等。常规PMT可在-30~50℃的环境中使用，若在石油测井等高温强振动环境中就需要高温PMT，其工作温度通常在150~175℃，随着应用要求的不断提升，耐200℃高温的PMT也已经推向市场。

此外，PMT本身对磁场较为敏感，在有磁场干扰的环境中使用，会导致其输出变化，可使用增加磁屏蔽的PMT（型号后缀带“C”标识）。

以上几点可在PMT选型时综合考虑。具体使用PMT还需要搭配分压器、高压电源等才能输出信号，这部分将在下一节详细介绍。