光电倍增管特性参数的测试

光电倍增管特性参数的测试

【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。

【教学重点】

1、光电倍增管的结构和基本原理；

2、光电倍增管的使用方法；

【教学难点】

光电倍增管的基本参数和测量方法。

【时间安排】3学时

【教学内容】

一、检查学生预习情况

检查预习报告。

二、学生熟悉实验仪器设备

931A型光电倍增管。

三、讲述实验目的和要求

实验要求：

（1）测量暗电流。

（2）测量阴极灵敏度。

（3）测量阳极灵敏度。

（4）测量光电倍增管放大倍数。

（5）测量光电倍增管光电特性。

（6）测量光电倍增管时间特性。

四、实验原理

1．光电倍增管工作原理

用图4.6-3说明光电倍增管的工作原理，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，光电阴极附近制作一个光入射窗口。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D 10。最后经倍增的电子被阳极A 收集而输出电流，在负载R L 上产生信号电压。

图4.6-3 光电倍增管的内部结构图

2. 倍增管的主要特性参数

光电倍增管的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。下面介绍本实验涉及到的特性。

（1）灵敏度

灵敏度是衡量光电倍增管将光辐射转换成电信号能力的一个参数，一般是指积分灵敏度，即白光灵敏度。包括阴极灵敏度和阳极灵敏度。

○1 阴极灵敏度K S

阴极光照灵敏度K S 是指光电阴极本身的积分灵敏度。定义为光电阴极的饱和光电流K I 除以入射到阴极的光通量φ所得的商

)/Lm A I S K

k µφ=

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。

测量时应如图4.6-4所示，阴极为一极，其它各极连在一起为另一极，使从阳极测得的电流没有倍增。

图4.6-4 光电倍增管阴极电流的测量

光通量要适当，太大会由于光电阴极层的电阻损耗会引起测量误差；太小会由于欧姆漏电流影响使光电流的测量精度降低，通常选在10-9~10-2

Lm 的数量级。

○2 阳极灵敏度a S

阳极光照灵敏度a S 是指光电倍增管在一定工作电压下，阳极输出光电流a I 与入射到阴极的光通量的比值

)/Lm A I S a

a =

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φ, 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。

(2) 放大倍数(电流增益)G

放大倍数G (电流增益)定义为在一定的入射光通量和阳极电压下，阳极电流a I 与阴极电流K I 间的比值。

K

a I G = 也可以由在一定工作电压下阳极灵敏度和阴极灵敏度的比值来确定，即

K a

S S G =

放大倍数G 取决于系统的倍增能力，因此它是工作电压的函数。

(3) 暗电流d I

当光电倍增管在完全黑暗的情况下工作时，在阳极电路里仍然会出现输出电流，称为暗电流，暗电流与阳极电压有关，通常是在与指定阳极光照灵敏度相应的阳极电压下测定的。

五、测试方法

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“HV/LV ”开关打到的“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。

2. 阳极灵敏度测量

（1）将光电倍增管暗箱上的“阴极/阳极”开关打到“阳极电流”档；

（2）将实验箱上的“HV/LV ”开关打到“HV ”档，将“静态/时间”开关打到“静态特性测试”档；将光源与照度计探头旋接，并与实验箱上的“LED 2”相连。连接完毕后，将光照度调节旋钮逆时针调节到零，按下照度表的换档开关将照度表的量程调节到20Lx 档，调节调零旋钮将照度值调节到0.00。

（3）缓慢调节光照度调节旋钮，将照度值调节到0.1Lx 。保持光照度调节旋钮不变，将光源与照度计探头分开。

（4） 将光源旋接在暗箱上。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）将高压调节旋钮逆时针调节到零；将光照度调节旋钮逆时针调节到零。

（6）绘出在该光照度下的V I A −关系曲线。

3. 阴极灵敏度测量

（1）将实验箱上的“HV/LV ”开关打到“LV ”档。

（2）将实验箱上的“静态/时间”开关打到“静态特性测试”档。

（3）将暗箱上的“阴极/阳极”开关打到“阴极电流”档。

（4）将光源与照度计探头旋接，并与实验箱上的“LED 2”相连。连接完毕后，将光照度调节旋钮逆时针调节到零，按下照度表的换档开关将照度表的量程调节到20Lx 档，调节调零旋钮将照度值调节到0.00。

（5）调节光照度调节旋钮使照度表显示为10Lx 。

（6）保持光照度调节旋钮不变，将光源与照度计探头分开；再将光源旋接在光电倍增管暗箱上；缓慢从零增加电压，每隔1V 记录对应的电流值。绘出电压与电流之间的关系，并找到曲线趋于饱和的电流值K I 。

（7）将高压调节旋钮逆时针调节到零；将光照度调节旋钮逆时针调节到零。

（8）按照公式Φ

=K k I S µA/Lm 计算阴极灵敏度。 六、指导学生完成实验

七、检查实验数据、实验仪器。教师签字认可。

【复习思考】

1. 光电倍增管的工作原理是什么？

2. 光电倍增管的基本参数有哪些？如何测量？

【教学后记】

1、从光电倍增管暗箱上拿下光源前，或进行阴极电流和阳极电流测量切换时，一定要将光电倍增管直流高压调至零！