光电倍增管原理特性及其应用
目录
1．概述 (1)
2．结构 (1)
3．电子倍增系统 (2)
4. 光谱响应 (2)
5．使用材料 (3)
5.1光阴极材料 (3)
5.2窗材料 (3)
6.使用特性 (4)
6.1. 辐射灵敏度 (4)
6.2．光照灵敏度 (4)
6.3．电流放大（增益） (4)
6.4．阳极暗电流 (5)
6.5 温度特性 (5)
6.6．滞后特性 (5)
6.7．均匀性 (5)
6.8．时间特性 (5)
7.应用举例 (5)
结束语 (7)
参考文献 (7)
光电倍增管原理特性及其应用
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。本文首先介绍光电倍增管的一般原理，对它的工作原理进行较详细的描述，然后介绍其组成结构，使用特性及其应用，并归纳总结了几种常用的光电倍增管光电阴极材料及窗材料，最后介绍了光电倍增管在一些领域的应用，如光电测光等。关键词：光电倍增管；端窗型；侧窗型；光谱响应；材料；特性，光电测光。
1.概述
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。当光照射到光阴极时，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，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。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。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）。
图1 光电倍增管工作原理图
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。打拿极主要选择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。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。输出电流和入射光子数成正比。整个过程时间约 10-8秒。
2．结构
光电倍增管按其接收入射光的方式一般可分成端窗型和侧窗型两大类。一般，端窗型和侧窗型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。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。
图2 端窗型光电倍增管图3 侧窗型光电倍增管
3．电子倍增系统
现在使用的电子倍增系统主要有以下几类：
【1】环形聚焦型环形聚焦型结构主要应用于侧窗型光电倍增管。其主要特点为紧凑的结构和快速时间响应特性。
【2】盒栅型这种结构包括了一系列的四分之一圆柱形的倍增极，并因其相对简单的倍增极结构和一致性的改良而被广泛地应用于端窗型光电倍增管，但在一些应用中，其时间响应可能略显缓慢。
【3】此外还有直线聚焦型，百叶窗型，细网型，微通道板（MCP）型等。
4.光谱响应
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。这种光阴极灵敏度与入射光波长之间的关系叫做光谱响应特性。图4给出了双碱光电倍增管的典型光谱响应曲线。光谱响应特性的长波端取决于光阴极材料，短波端则取决于入射窗材料。在本书的附件里给出了不同型号的光电倍增管的光谱响应特性，其中长波端的截止波长，对于双碱阴极和Ag-O-Cs阴极的光电倍增管定义为其灵敏度降至峰值灵敏度的1%点，多碱阴极则定义为峰值灵敏度的0.1%。
图4 端窗型双碱光电倍增管典型光谱响应曲线
5．使用材料
5.1光阴极材料
光电倍增管的阴极一般是具有低逸出功的碱金属材料形成的光电发射面。常用的阴极材料有以下几种：
【1】 Ag-O-Cs
用此材料的透过型阴极具有典型的S-1谱，即具有从可见到红外（300-1200nm）的谱响应。因为Ag-O-Cs阴极有较高的热电子发射（请参考阳极暗电流章节），所以这种光电倍增管一般要在制冷器中工作，用于近红外区的光探测。
【2】GaAs（Cs）
掺入活性Cs的GaAs材料也可以用作光阴极。这种光阴极比多碱光阴极复盖更宽的光谱范围，可以从近紫外到930nm，并且响应曲线在300-850nm范围内较为平直。
【3】此外还有InGaAs（Cs），Sb-Cs，双碱材料（Sb-Rb-Cs）（Sb-K-Cs）等。
5.2窗材料
【1】硼硅玻璃
这是一种常用的玻璃材料，可以透过从近红外至300nm的入射光，但不适合于紫外区的探测。在一些应用中，常将双碱阴极与低本低硼硅玻璃（也称无钾玻璃）组合使用。无钾玻璃中只有极低含量的钾，其中的K40会造成暗计数。所以通常用于闪烁计数的光电倍增管不仅入射窗，而且玻璃侧管也使用无钾玻璃，就是为了降低暗计数。
【2】合成石英
合成石英可以将透过的紫外光波长延伸至160nm，并且在紫外区比熔融石英玻璃有更低的吸收。合成石英材料的膨胀系数与芯柱用玻璃的膨胀系数有很大差别，所以，用热膨胀系数渐变的封接材料与合成石英逐渐过渡。因此，此类光电倍增管的强度易受外界震动的破坏，使用中要采取足够的保护措施。
【3】氟化镁（镁氟化物）
图5 几种不同窗材料的典型透过率
该材料具有极好的紫外线透过性，但同时也有易潮解的不利因素。尽管如此，氟化镁仍以其接近115nm的紫外透过能力而成为一种实用的光窗材料。
6.主要使用特性
6.1辐射灵敏度
QE=[s*1240/λ]*100%
如图4所示，光谱响应经常以不同波长下的辐射灵敏度和量子效率来表示。辐射灵敏度（S）即为某一波长下的光电倍增管阴极发射出的光电子电流与该波长的入射光能量的比值，单位为A/W（安培/瓦）。量子效率（QE）为光阴极发射出来的光电子数量与入射光光子的数量之比。一般用百分比来表示量子效率。在给定波长下辐射灵敏度和量子效率有如下关系：这里S为给定波长下的辐射灵敏度，单位为A/W，λ为波长，单位为nm（纳米）。
6.2．光照灵敏度
阴极光照灵敏度是使用钨灯产生的2856K色温光测试的每单位通量入射光（实际用10-5~10-2Lm）产生的阴极光电子电流。阳极光照灵敏度是每单位阴极上的入射光通量（实际用10-10~10-5Lm）产生的阳极输出电流（经过二次发射极倍增后）。虽然同样是用钨灯，测量时所加电压要作适当的调整。当光电倍增管具有相同或相似的光谱响应范围时，这些参数显然很有用。除了对钨灯产生的光没有响应的Cs-I和Cs-Te阴极的管子（这些管子将给出特定波长下的辐射灵敏度）。
阴极和阳极的光照灵敏度都是以A/Lm（安培/流明）为单位，流明是在可见光区的光通量的单位，所以对于光电倍增管的可见光区以外的光照灵敏度数值可能是没有实际意义的（对于这些光电倍增管，常常使用蓝光灵敏度和红白比来表示）。
6.3．电流放大（增益）
光阴极发射出来的光电子被电场加速撞击到第一倍增极，以便发生二次电子发射，产生多于光电子数目的电子流。这些二次电子发射的电子流又被加速撞击到下一个倍增极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，从而达到了电流放大的作用。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。电流增益就是光电倍增管的阳极输出电流与阴极光电子电流的比值。在理想情况下，具有n个倍增极，每个倍增极的平均二次电子发射率为δ的光电倍增管的电流增益为δn。二次电子发射率δ由下式给出：
δ=A·Eα
这里的A为一常数，E为极间电压，α为一由倍增极材料及其几何结构决定的系数，α的数值一般介于0.7和0.8之间。一般的光电倍增管有9～12个倍增极，所以阳极灵敏度与所加电压可以有106～1010的变化。光电倍增管的输出信号也特别地容易受到所加电压的波动的影响，所以供电电压一定要有很好的稳定性、较小的纹波、漂移和温度系数。
6.4．阳极暗电流
光电倍增管在完全黑暗的环境中仍会有微小的电流输出。这个微小的电流叫做阳极暗电流。它是决定光电倍增管对微弱光信号的检出能力的重要因素。
阳极暗电流的主要来源有以下几种：
【1】电子热发射
因为光阴极和倍增极材料具有较低的逸出功，所以在室温下会发射出大量的热电子。大部分的暗电流源于这种热电子发射，特别是那些来自光阴极的热电子，因为它们要经过倍增极的放大。将光电倍增管冷却是降低热电子发射的有效手段，这一点对诸如光子计数等要求光电倍增管具有极低暗计数特性的应用显得及其重要。
【2】玻璃壳放电和玻璃荧光
当光电倍增管负高压使用时，金属屏蔽层与玻璃壳之间的电场强度，尤其是金属屏蔽层于处于负高压的阴极之间的电场最强。在强电场下玻璃壳可能产生放电现象或出现玻璃荧光，放电和荧光都会引起暗电流，而且还将严重破坏信号。
【3】此外, 还有残留气体电离（离子反馈）,漏电电流,场致发射等。
6.5温度特性
降低光电倍增管的环境温度，可以减少热电子发射，从而降低暗电流。光电倍增管的灵敏度也受到温度的影响。在紫外和可见光区，光电倍增管的温度系数为负值，到了长波截止波长附近则呈正值。
6.6．滞后特性
当工作电压或入射光产生变化之后，光电倍增管会有一个几秒钟到几十秒钟的不稳定输出过程。在达到稳定状态之前，输出信号会有些微的过脉冲或欠脉冲现象这个不稳定的过程叫做滞后，滞后特性在分光光度测试中应予以重视。滞后特性是由于二次电子偏离预定轨道和电极支撑物、玻壳等的静电荷引起的。当工作电压或入射光产生改变时，就会出现明显的滞后。
6.7．均匀性
均匀性是指入射光照射光阴极的不同位置时的灵敏度变化。尽管光电倍增管在结构、电子轨迹等的设计上考虑将阴极和倍增极产生的二次电子有效地收集到第一倍增极或下一倍增极上，但在聚焦和放大过程中仍然会有电子偏离预定轨道，造成收集效率的降低。这种收集效率的降低，受光电子从阴极上发射出来的位置的影响，从而反应出了光电倍增管的均匀性。当然，均匀性也取决于光阴极本身表面镀层的均匀特点。
6.8．时间特性
在测试脉冲光信号时，阳极输出信号必须真实地再现一个输入信号的波形。这种再现能力受到电子渡越时间、阳极脉冲上升时间和电子渡越时间分散（TTS）的很大影响。时间响应特性取决于倍增极结构和工作电压。
7.应用举例
1.PET扫描图像显示了许多疾病的早期征兆
在医学上，作为一种全身检查工具,PET正逐渐用于癌症,心脏病,甚至痴呆的早期普查和诊断.其测量原理如图所示，在患者的体内注入的是放射性物质，它将放射出正电子，这些射线由人体周围排列的光电倍增管PMT与闪烁体组合的探测器接收，可以确定患者体内淬灭电子的位置，得到一个CT像。通过扫描可以将其中正电子发射放射性同位素检测出来，使得符合计数的数据发生不一样的变化，通过对比，在形成的PET全身扫描图像中有明显的不一样，则可以推断身体的对应部位发生病变，对广大群众的健康检测也提供了一个很好的检查途径。最新技术发展水平的PMT应用在PET上,极大推进了PET的发展,使它灵敏度更高,响应速度更快，未来健康检查将会取得更加显著的效果.
2.光电测光因光电倍增管的线性响应和采用高精度的电子测试仪器，在天文中，光电测光是准确度和灵敏度最高的测光方法，一般精度达到0.01～0.005个星等之间，较差测量时，可达0.001个星等。光电测光时，选择适当的光阑，让星像位于光阑中，记取仪器读数，此数减去光阑对准夜天背景(见夜天光)时的读数，即为星光产生的仪器响应。这个响应同星光成正比，可由此响应按星等定义直接求观测系统的星等。通常将此星等归算为大气外的星等并转化为标准系统。光电测光所得到的星等称为光电星等。近年制成能同时测量几个波带或同时测量变星和比较星的多通道光电光度计，同电子计算机直接联系起来，能迅速得到结果。光电测光适宜于测定星等标准，测量恒星亮度的快速变化，进行多色测光。这是目前应用最广泛的测光方法
对于一般的应用，大量光子进入光电倍增管并在阳极输出大量的的脉冲序列。阳极输出是一个的带有波动的直流信号。当入射光强逐渐降低，以至于入射的光子分散，这种状态称作单光子（或光电子）情况。输出的脉冲数与入射光成正比例，并且对这些脉冲计数的方法在信噪比和稳定性等方面，优于采用平均脉冲的电流测定方法。这个对脉冲计数的光量测量技术叫做光子计数法。
单光子计数法原理图
如图所示，在弱光下，光电倍增管的电流来源于光子碰撞光阴极产生的光电子发射，并经倍增后在阳极形成电脉冲输出。光子检测装置的核心是光电倍增管，其各电极之间均加有规定值较高的直流电压。当光子打到光阴极时，由于光电效应的作用，其表面可以产生能量微弱的游离电子，称为光电子；该电子在直流高压产生的电场作用下离开光阴极，同时被加速，再次打到打拿极上并产生出能量更大数量更多的光电子，就这样经过多个打拿极的反复放大，最后使阳极产生电脉冲信号，该信号经前置放大器放大，在经比较器去除噪声信号，最后由分频器换算出光子脉冲数。
结束语
光电倍增管集高增益，低干扰，对高频信号有高灵敏度的优点，因此被广泛应用于高能物理、冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文等领域的研究工作，与及流体流速计算、医学影像和连续镜头的剪辑。未来电视电影的发射和图象传送也离不开光电倍增管。可见，光电倍增管将在未来的科学技术上占有越来越中的分量。
[参考文献]
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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 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。 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。
光电倍增管综述
光电倍增管综述
光电倍增管综述 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。本文将从结构，特性，应用及发展前景几方面做阐述。 一结构 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。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。下图所示为端窗型光电倍增管的剖面结构图。 其主要工作过程如下：当光照射到光阴极时，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，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。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。 二特性 一光谱响应 光电倍增管由阴极收入射光子的能量并将其转换为光子，其转换效率（阴极灵敏度）随入射光的波长而变。这种光阴极灵敏度与入射光波长之间的关系叫做光谱响应特性。 一般情况下，光谱响应特性的长波段取决于光阴极材料，短波段则取决于入射窗材料。光电倍增管的阴极一般都采用具有低逸出功能的碱金属材料所形成的光电发射面。光电倍增管的窗材料通常由硼硅玻璃、透紫玻璃（UV玻璃）、合成石英玻璃和氟化镁（或镁氟化物）玻璃制成。硼硅玻璃窗材料可以透过近红外至300nm垢可见入射光，而其它3种玻璃材料则可用于对紫外区不可见光的探测。
二光照灵敏度 由于测量光电倍增管的光谱响应特性需要精密的测试系统和很长的时间，因此，要为用户提 供每一支光电倍增管的光谱响应特性曲线是不现实的，所以，一般是为用户提供阴极和阳极 的光照灵敏度。 阴极光照灵敏度，是指使用钨灯产生的2856K色温光测试的每单位通量入射光产生的阴极光 电子电流。阳极光照灵敏度是每单位阴极上的入射光能量产生的阳极输出电流（即经过二次 发射极倍增的输出电流）。 三增益 光阴极发射出来的光电子被电场加速后撞击到第一倍增极上将产生二次电子发射，以便产生 多于光电子数目的电子流，这些二次发射的电子流又被加速撞击到下一个倍增极，以产生又 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， 这样就达到了电流放大的目的。这时光电倍增管阴极产生的很小的光电子电流即被放大成较 大的阳极输出电流。一般的光电倍增管有9～12个倍增极。 三应用 光电倍增管应用用下表简单表示。 光电倍增管的应用领域 光谱学----- 利用光吸收原理 应用领域光电倍增管特性适用管紫外/可见/近红外分光光度计 光通过物质时使物质的电子状态发生变化，而失去部分能量，叫做吸收。利用吸收进行定量分析。为确定样品物质的量，采用连续的光谱对物质进行扫描，并利用光电倍增管检测光通过被测物质前后的强度，即可得到被测物质程度，计算出物质的量。1.宽光谱响应 2.高稳定性 3.低暗电流 4.高量子效率 5.低滞后效应 6.较好偏光特性 R212 R6356,R6 R928,R955,R14 R1463 R374,R3 CR114,CR131 原子吸收分光光度计 广泛地应用于微量金属元素的分析。对应于分析的各种元素，需要专用 的元素灯，照射燃烧并雾化分离成原子状态的被测物质上，用光电倍增 管检测光被吸收的强度，并与预先得到的标准样品比较。 R928,R955 CR1 生物技术 应用领域光电倍增管特性适用管 细胞分类 细胞分类仪是利用荧光物质对细胞标定后，用激光照射，细胞的荧光、散乱光用光电倍增管进行观察，对特定的细胞进行选别的装置。1.高量子效率 2.高稳定性 3.低暗电流 4.高电流增益 5.好的偏振特性 R6353,R6357,R R928,R1477,R3 R2368 CR131 荧光计 细胞分类的最终目的是分离细胞，为此，有一种用于对细胞、化学物质进行解析的装置，它称为荧光计。它对细胞、染色体发出的荧光、散乱
APD光电二极管特性测试实验
APD光电二极管特性测试实验 一、实验目的 1、学习掌握APD光电二极管的工作原理 2、学习掌握APD光电二极管的基本特性 3、掌握APD光电二极管特性测试方法 4、了解APD光电二极管的基本应用 二、实验内容 1、APD光电二极管暗电流测试实验 2、APD光电二极管光电流测试实验 3、APD光电二极管伏安特性测试实验 4、APD光电二极管雪崩电压测试实验 5、APD光电二极管光电特性测试实验 6、APD光电二极管时间响应特性测试实验 7、APD光电二极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电探测综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1台 4、光敏电阻及封装组件 1套 5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本 9、示波器 1台 四、实验原理 雪崩光电二极管APD—Avalanche Photodiode是具有内部增益的光检测器，它可以用来检测微弱光信号并获得较大的输出光电流。 雪崩光电二极管能够获得内部增益是基于碰撞电离效应。当PN结上加高的反偏压时，耗尽层的电场很强，光生载流子经过时就会被电场加速，当电场强度足够高(约3x105V／cm)时，光生载流子获得很大的动能，它们在高速运动中与半导体晶格碰撞，使晶体中的原子电离，从而激发出新的电子一空穴对，这种现象称为碰撞电离。碰撞电离产生的电子一空穴对在强电场作用下同样又被加速，重复前一过程，这样多次碰撞电离的结果使载流子迅速增加，电流也迅速增大，这个物理过程称为雪崩倍增效应。 图6-1为APD的一种结构。外侧与电极接触的P区和N区都进行了重掺杂，分别以P+和N+表示；在I区和N+区中间是宽度较窄的另一层P区。APD工作在大的反偏压下，当反偏压加大到某一值后，耗尽层从N+-P结区一直扩展(或称拉通)到P+区，包括了中间的P层区和I区。图4的结构为拉通型APD的结构。从图中可以看到，电场在I区分布较弱，而在N+-P区分布较强，碰撞电离区即雪崩区就在N+-P区。尽管I区的电场比N+-P区低得多，但也足够高(可达2x104V／cm)，可以保证载流子达到饱和漂移速度。当入射光照射时，由于雪
光电倍增管简介
光电倍增管简介 1. 光电倍增管的结构和工作原理 由光阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成。光阴极是由半导体光电材料锑铯做成；次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料而形成的，次阴极多的可达30级；阳极是最后用来收集电子 的，收集到的电子数是阴极发射电子数的105~106倍。即光电倍增管的放大倍数可达几万倍到几百万倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万倍到几百万倍。因此在很微弱的光照时，它就能产生很大的光电流。 2. 光电倍增管的主要参数 （1）倍增系数M 倍增系数M等于n个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δ都相同，则M=1因此，阳极电流I 为 i —光电阴极的光电流 光电倍增管的电流放大倍数β为 M与所加电压有关，M在105~108之间，稳定性为1％左右，加速电压稳定性要在0.1％以内。如果有波动，倍增系数也要波动，因此M具有一定的统计涨落。一般阳极和阴极之间的电压为1000~2500V，两个相邻的倍增电极的电位差为50~100V。对所加电压越稳越好，这样可以减小统计涨落，从而减小测量误差。
光电倍增管的特性曲线 （2）光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度 一个光子在阴极上能够打出的平均电子数叫做光电倍增管的阴极灵敏度。而一个光子在阳极上产生的平均电子数叫做光电倍增管的总灵敏度。 光电倍增管的最大灵敏度可达10A/lm，极间电压越高，灵敏度越高；但极间电压也不能太高，太高反而会使阳极电流不稳。 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。 （3）暗电流和本底脉冲 一般在使用光电倍增管时，必须把管子放在暗室里避光使用，使其只对入射光起作用；但是由于环境温度、热辐射和其它因素的影响，即使没有光信号输入，加上电压后阳极仍有电流，这种电流称为暗电流，这是热发射所致或场致发射造成的，这种暗电流通常可以用补偿电路消除。 如果光电倍增管与闪烁体放在一处，在完全蔽光情况下，出现的电流称为本底电流，其值大于暗电流。增加的部分是宇宙射线对闪烁体的照射而使其激发，被激发的闪烁体照射在光电倍增管上而造成的，本底电流具有脉冲形式。 （4）光电倍增管的光谱特性 光谱特性反应了光电倍增管的阳极输出电流与照射在光电阴极上的光通量之间的函数关系。对于较好的管子，在很宽的光通量范围之内，这个关系是线性的，即入射光通量小于10-4lm时，有较好的线性关系。光通量大，开始出现非线性，如图所示。
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
光电倍增管原理简介
光电倍增管原理简介 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，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 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。
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。 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。电子倍增系统包括从8至19极的被叫做打拿极或倍增极的电极。 现在使用的电子倍增系统主要有以下几类： 1）环形聚焦型 环形聚焦型结构主要应用于侧窗型光电倍增管。其主要特点为紧凑的结构和快速时间响应特性。
光电倍增管使用特性
页眉内容 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 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。 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。 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
光电倍增管原理、特性与应用
光电倍增管原理、特性与应用 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 1 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（PMT）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。 2 光电倍增管的一般结构 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。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。图1所示为端窗型光电倍增管的剖面结构图。其主要 工作过程如下： 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 1 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（PMT）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。 2 光电倍增管的一般结构 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。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。图1所示为端窗型光电倍增管的剖面结构图。其主要工作过程如下： 当光照射到光阴极时，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，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。 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。 3 光电倍增管的类型
光电倍增管使用特性
- -- - . -考试文档- 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 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。
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。 - . -考试文档-
光电倍增管原理特性及其应用
目录 1．概述 (1) 2．结构 (1) 3．电子倍增系统 (2) 4. 光谱响应 (2) 5．使用材料 (3) 5.1光阴极材料 (3) 5.2窗材料 (3) 6.使用特性 (4) 6.1. 辐射灵敏度 (4) 6.2．光照灵敏度 (4) 6.3．电流放大（增益） (4) 6.4．阳极暗电流 (5) 6.5 温度特性 (5) 6.6．滞后特性 (5) 6.7．均匀性 (5) 6.8．时间特性 (5) 7.应用举例 (5) 结束语 (7) 参考文献 (7)
光电倍增管原理特性及其应用 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。本文首先介绍光电倍增管的一般原理，对它的工作原理进行较详细的描述，然后介绍其组成结构，使用特性及其应用，并归纳总结了几种常用的光电倍增管光电阴极材料及窗材料，最后介绍了光电倍增管在一些领域的应用，如光电测光等。关键词：光电倍增管；端窗型；侧窗型；光谱响应；材料；特性，光电测光。 1.概述 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。当光照射到光阴极时，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，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。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。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）。 图1 光电倍增管工作原理图 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。打拿极主要选择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。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。输出电流和入射光子数成正比。整个过程时间约 10-8秒。 2．结构 光电倍增管按其接收入射光的方式一般可分成端窗型和侧窗型两大类。一般，端窗型和侧窗型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。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。
光电二极管检测电路的组成及工作原理
光电二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。许多精密应用领域需要检测光亮度并将之转换为有用的数字信号。光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、红外高温计和色谱分析仪等系统中。在这些电路中,光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。而前置放大器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换,但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。为了进一步扩展应用前景,单电源电路还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面显示出新的限制。 本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。首先探讨电路工作原理,然后如果读者有机会的话,可以运行一个SPICE模拟程序,它会很形象地说明电路原理。以上两步是完成设计过程的开始。第三步也是最重要的一步（本文未作讨论）是制作实验模拟板。 1 光检测电路的基本组成和工作原理 设计一个精密的光检测电路最常用的方法 是将一个光电二极管跨接在一个CMOS输入 放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。这种 方式的单电源电路示于图1中。 在该电路中,光电二极管工作于光致电压 （零偏置）方式。光电二极管上的入射光使之 产生的电流I SC从负极流至正极,如图中所示。由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高,二极管产生的电流将流过反馈电阻R F。输出电压会随着电阻R F两端的压降而变化。 图中的放大系统将电流转换为电压,即 V OUT = I SC×R F（1） 图1 单电源光电二极管检测电路 式（1）中,V OUT是运算放大器输出端的电压,单位为V;I SC是光电二极管产生的电流,单位为A;R F是放大器电路中的反馈电阻,单位为W 。图1中的C RF是电阻R F的寄生电容和电路板的分布电容,且具有一个单极点为1/（2p R F C RF）。 用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压的转换关系。模拟中可选的变量是放大器的反馈元件R F。用这个模拟程序,激励信号源为I SC,输出端电压为V OUT。 此例中,R F的缺省值为1MW ,C RF为0.5pF。理想的光电二极管模型包括一个二极管和理想的电流源。给出这些值后,传输函数中的极点等于1/（2p R F C RF）,即318.3kHz。改变R F 可在信号频响范围内改变极点。
光电二极管检测电路的工作原理及设计方案
?光电二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。许多精密应用领域需要检测光亮度并将之转换为有用的数字信号。光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、红外高温计和色谱分析仪等系统中。在这些电路中，光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。而前置放大器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换，但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。为了进一步扩展应用前景，单电源电路还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面显示出新的限制。 本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。首先探讨电路工作原理，然后如果读者有机会的话，可以运行一个SP IC E模拟程序，它会很形象地说明电路原理。以上两步是完成设计过程的开始。第三步也是最重要的一步（本文未作讨论）是制作实验模拟板。 1 光检测电路的基本组成和工作原理 设计一个精密的光检测电路最常用的方法是将一个光电二极管跨接在一个CMOS 输入放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。这种方式的单电源电路示于图1中。 在该电路中，光电二极管工作于光致电压（零偏置）方式。光电二极管上的入射光使之产生的电流ISC从负极流至正极，如图中所示。由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高，二极管产生的电流将流过反馈电阻RF。输出电压会随着电阻RF两端的压降而变化。 图中的放大系统将电流转换为电压，即 VOUT = ISC ×RF （1）
图1 单电源光电二极管检测电路 式（1）中，VOUT是运算放大器输出端的电压，单位为V;ISC是光电二极管产生的电流，单位为A;RF是放大器电路中的反馈电阻，单位为W 。图1中的CRF是电阻RF的寄生电容和电路板的分布电容，且具有一个单极点为1/（2p RF CRF）。 用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压的转换关系。模拟中可选的变量是放大器的反馈元件RF。用这个模拟程序，激励信号源为ISC，输出端电压为VOUT。 此例中，RF的缺省值为1MW ，CRF为0.5pF。理想的光电二极管模型包括一个二极管和理想的电流源。给出这些值后，传输函数中的极点等于1/（2p RFCRF），即318.3kHz。改变RF可在信号频响范围内改变极点。 遗憾的是，如果不考虑稳定性和噪声等问题，这种简单的方案通常是注定要失败的。例如，系统的阶跃响应会产生一个其数量难以接受的振铃输出，更坏的情况是电路可能会产生振荡。如果解决了系统不稳定的问题，输出响应可能仍然会有足够大的“噪声”而得不到可靠的结果。 实现一个稳定的光检测电路从理解电路的变量、分析整个传输函数和设计一个可靠的电路方案开始。设计时首先考虑的是为光电二极管响应选择合适的电阻。第二是分析稳定性。然后应评估系统的稳定性并分析输出噪声，根据每种应用的要求将之调节到适当的水平。 这种电路中有三个设计变量需要考虑分析，它们是：光电二极管、放大器和R//C反馈网络。首先选择光电二极管，虽然它具有良好的光响应特性，但二极管的寄生电容将对电路的噪声增益和稳定性有极大的影响。另外，光电二极管的并联寄生电阻在很宽的温度范围内变化，会在温度极限时导致不稳定和噪声问题。为了保持良好的线性性能及较低的失调误差，运放应该具有一个较小的输入偏置电流（例如CMOS工艺）。此外，输入噪声电压、输入共模电容和差分电容也对系统的稳定性和整体精度产生不利的影响。最后，R//C反馈网络用于建立电路的增益。该网络也会对电路的稳定性和噪声性能产生影响。 2 光检测电路的SPICE模型
PMT基础知识之一(A)光电倍增管的工作原理、特点及应用)解析
光电倍增管基础知识之一 （光电倍增管的工作原理、特点及应用） 一光电倍增管的工作原理 光电倍增管是一种真空光电器件（真空管）。它的工作原理是建立在光电效应（光电发射）、二次电子发射、电子光学理论基础上的。它昀工作过程是：光子通过光窗入射到光电阴极L产生光电子，光电子通过电子光学输入系统进入倍增系统，电子得到倍增，最后阳极把电子收集起来，形成阳极电流或电压。因此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。
光电倍增管结构如图（1）所示。 图（1）光电倍增管结构示意图 1入射光窗： 让光通过的光窗一般有 (1) 硼硅玻璃（300nm）、 (2) 透紫玻璃（185nm）、 (3) 合成（熔融）石英（160nm）、 (4) 蓝宝石(Al2O3)150nm、 (5) MgF2（115nm）。 光电倍增管光谱短波阈由入射 光窗决定。
2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。 图（2）电子轨迹图
光电阴极的材料多用低逸出功的碱金属为主的半导体化合物，到目前为止，实用的先电阴极材料达十种之多： (1) 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） (2) 双碱（Sb-RbCs、Sb-K-Cs） 特点是： 灵敏度较高 暗电流小-热电子发射小） (3) 高温双碱（Sb-K-Na） 特点是： 耐高温-200℃ (4) 多碱（Sb-K-Na-Cs）. 特点是： 宽光谱 灵敏度高 (5) Ag-O-Cs多碱 特点是： 光谱可到近红外 灵敏度低）
光电倍增管原理
由于ICP光源的广泛使用，现在商品ICP光谱仪中光电直读光谱仪已占主要地位。光电倍增管是光电直读光谱仪器中应用的检测元件。光电倍增管由两部分组成：将入射光子转化为电子的光阴极，增大电子数目的倍增极。光电倍增管的外壳由玻璃或石英制成，内部抽成真空。光阴极上涂有能发射电子的光敏物质，在阴极和阳极之间联有一系列次级电子发射极，即电子倍增极。阳极和阴极之间加以约1000V的直流电压。在每两个相邻电极之间，都有50－100V的电位差。当光照射在阴极上时，光敏物质发射的电子，首先被电场加速，落在第一个倍增极上，并击出二次电子。这些二次电子又被电场加速，落在第二个倍增极上，击出更多的二次电子，依此类推。由此可见，光电倍增管不仅起了光电转换作用，而且还起着电流放大作用。光电倍增管具有波长区域宽（常用160~900nm）、线性范围大、放电增益高及噪声低等很多优点。 红外热成像 由于黑体辐射的存在，任何物体都依据温度的不同对外进行电磁波辐射。波长为2.0~1000微米的部分称为热红外线。热红外成像通过对热红外敏感CCD对物体进行成像，能反映出物体表面的温度场。热红外在军事、工业、汽车辅助驾驶、医学领域都有广泛的应用。 红外窗口水汽分子是红外辐射的主要吸收体。较强的水汽吸收带位于0.71～0.735μ（微米），0.81～0.84μ，0.89～0.99μ，1.07～1.20μ，1.3～1.5μ，1.7～2.0μ，2.4～3.3μ，4.8～8.0μ。在13.5～17μ处出现二氧化碳的吸收带。这些吸收带间的空隙形成一些红外窗口。其中最宽的红外窗口在8～13μ处（9.5μ附近有臭氧的吸收带）。17～22μ是半透明窗口。22μ以后直到1毫米波长处，由于水汽的严重吸收，对地面的观测者来说完全不透明。但在海拔高、空气干燥的地方，24.5～42μ的辐射透过率达30～60%。在海拔3.5公里高度处，能观测到330～380μ、420～490μ、580～670μ（透过率约30%）的辐射，也能观测到670～780μ（约70%）和800～910μ（约85%）的辐射。根据维恩位移定律，物体所发出的红外线的峰值波长为λ（m）=b/T b=0.002897mK T=测量温度 T=100度或者说273.16K时，红外线的峰值波长为7.8微米。该物体在2微米的波长段，能量几乎衰减到了0。 以2微米以下的红外探测器根本无法测量到0-200度。 见过的除了8-14微米的红外测温仪可以测量0-200度之外，6.8微米的也最多可以测量到50度左右的温度。
光电倍增管原理
光电倍增管探测器 文字〖大中小〗错误!未找到引用源。自动滚屏（右键暂停） 主要特点 ◆侧窗式，具有电、磁、光屏蔽。 ◆可与我公司生产的谱仪系列、样品室、滤光片轮等匹配连接 ◆内置E678-11A专用管座并焊接分压电阻 ◆标准BNC插头输出信号 ◆专用耐高压BNC插头输入稳定高压 ◆可内置R212、R212UH、1P28、CR131、R105、1P21、R105UH、931A、CR114等 光电倍增管。 （如光电倍增管室内置CR131型光电倍增管，则型号为PMTH-S1-CR131） 应用范围 ◆荧光分光光度计、拉曼光谱仪、气相液相色谱仪、浊度计、直读光谱仪、生化医疗 检测仪器、油水分析、测汞仪、硫、氮氧化物环境检测仪器、化学发光仪器 主要技术指标 ●波长范围:185-650nm ●最大响应度:340nm ●阴极灵敏度:48mA/W ●阴极面积:8×24mm ●打纳极增益:1×107 ●阳极暗电流:5×10-9A ●阳极和阴极间最大电压:1250V 参数PMTH-S1-1P28 PMTH-S1-CR131 PMTH-S1-R1527 PMTH-S1-R1527P 单位波长范围185-650 185-900 185-680 185-680 nm 最大响应波长340 400 400 400 nm 阴极灵敏度48 74 60 60 mA/W 阴极面积8×24 8×24 8×24 8×24 ㎡打纳级增益1×1071×107 6.7×106 6.7×106 阳极暗电流5×10-93×10-9- - A 暗计数(@25℃) - - - 20 cps 级间最大电压1250 1250 1500 1500 PMT产品选型表 型号描述备注PMTH-S1V2-CR131 电压输出，阳极灵敏度:1000-2000A/lm PMTH-S1V1-CR131 电压输出，阳极灵敏度>2000A/lm
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I b 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C n-3、C n-2 、C n-1 、C n 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。 总之，当入射光经过下述过程后，光电倍增管才能输出电流。 （1）入射光透过玻璃光窗； （2）激励光电阴极的电子向真空中放出光电子（外光电效应）； （3）光电子经聚焦极汇集到第一倍增极上，进行二次电子倍增后，相继经各倍增极发射二次电子； （4）由末级倍增极发射的二次电子经阳极输出。 2．光电倍增管的主要参量与特性 （1）光谱响应 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。这种光阴极灵敏度与入射光波长之间的关系叫做光谱响应特性。图3给出了双碱光电倍增管的典型光谱响应曲线。光谱响应特性的长波端取决于光阴极材料，短波端则取决于入射窗材料。对应于该光谱响应曲线，本实验系统采用中心波长在425nm的蓝光LED发光二极管做光源。根据不同型号的光电倍增管的光谱响应特性，其中长波端的截止波长，对于双碱阴极和Ag-O-Cs阴极的光电倍增管定义为其灵敏度降至峰值灵敏度的1%点，多碱阴极则定义为峰值灵敏度的0.1%。对于每一支光电倍增管来讲，真实的数据可能会略有差异。
光电倍增管的技术及发展现状
光电倍增管的技术及发展现状 摘要:简述了光电倍增管的结构和用途,着重介绍了新型微通道板光电 倍增管的结构特点和性能优势,同时对当今光电倍增管的最新发展状况 进行了陈述和分析。 关键词:光电倍增管;微通道板;结构;性能;应用;发展 Abstract: The basic structure and application of photomultiplier are briefly presented. The new characteristic and the higher performance of our recent designed MCP-PMTS are described in detail . Finally ,the latest development of MCP-PMTS is introduced and analyzed.
引言 光电子技术是当今世界的综合性高新技术, 其技术内涵宽广, 产品种类繁多, 应用领域广泛, 是影响未来社会发展的重要战略性产业之一。作为近代光学与电子的融合技术, 光电子技术已发展成为21世纪的尖端科技之一。其中, 基于外光电效应的真空光电探测器件是最早出现的光电子技术分支, 主要包括光电管、光电倍增管、图像增强器以及变像管、条纹管等。随着材料技术、激光技术、半导体技术、微电子技术的飞速发展, 各种高新技术相互促进, 共同发展, 真空光电探测器件在受到半导体光电器件冲击的同时也取得了新的发展, 并以其独特的性能特点而占据军民市场一定的份额。 在真空光电探测器件中, 光电倍增管是针对微弱光探测的主要器件, 它在军民领域的应用范围很广。随着近年来微电子技术的蓬勃发展, 半导体光电探测器也得到了迅猛的发展, 它们以体积小、工作电压低、价格低廉、强光下工作稳定性好等特点得到了广泛的应用, 取代了光电倍增管的部分市场。但光电倍增管在信噪比、高速、倍增系数、探测面积等方面与半导体器件相比仍具有较大的优势。因此, 在天文学、光谱学、激光测距和闪烁计数等方面, 光电倍增管仍具有独到的价值。 1光电倍增管的基本情况 1.1光电倍增管的基本构成和工作原理 光电倍增管是一种将微弱光信号转换为电信号的真空光电探测器件, 主要由附着在输入光窗内表面的光电阴极、单级或多级电子倍增系统和接收信号的阳极组成。它的工作原理是建立在光电效应、二次电子发射和电子光学理论的基础上的。光电阴极将入射的被测光信号转换成电信号, 光电子在外加电场的作用下, 经过聚焦、汇聚在倍增电极, 通过碰撞倍增极表面的二次电子发射材料, 输出放大成为电子流, 再经过多次倍增, 信号最后被阳极接收并输出, 进入后续电路供分析研究。将闪烁体与光电倍增管结合, 可实现对高能或低能辐射的各种射线、粒子、离子等进行测量, 大大拓宽了光电倍增管的应用 范围。
光电二极管三极管的性能及运用
光电二极管及光电三极管的工作原理及用途 可得工贸的光电二极管和光电三极管具有低功耗、响应速度快、抗干扰性能强等特点，可得公司是一家专业从事研发, 生产,销售LED和红外光电器件的高新技术企业：其中光敏二极管、850nm/940nm红外发射管，LED数码管，数码模块，以及发光二极管等产品以良好的品质受到市场的认可。 在红外遥制系统中，光电二极管(也称光敏二极管)及光电三极管(也称光敏三极管)均为红外线接收管，它把接收到的红外线变成电信号，经过放大及信号处理后用于各种控制。除广泛用于红外线遥控外，还可用于光纤通信、光纤传感器、工业测量、自动控制、火灾报警器、防盗报警器、光电读出装置(纸带读出器、条形码读出器等)及光电耦合器等方面。 不同用途的光电二极管有不同的外形及封装，但用于红外遥控的光电二极管一般都是树脂封装的。为减少可见光的干扰常采用黑色树脂，可以滤掉700nm波长以下的光线。常见的几种光电二极管外形。对方形或长方形的管子，往往做出标记角，指示受光面的方向。一般如引脚长短不一样，长者为正极。 光电三极管可以等效为一个光电二极管与一只晶体三极管的组合，所以它具有电流放大作用。其等效电路、外形及电路符号，光电三极管一般仅引出集电极及发射极两个引脚，外形与一般发光二极管一样，常用透明树脂封装。光电二极管及光电三极管的管芯主要用硅材料制作。 光电二极管的两种工作状态 当光电二极管加上反压时，管子的反向电流将随光照强度的变化而变化如同一个光敏电阻，光照强度越大电阻越小，反向电流越大。大多数情况都工作于这种状态。光电二极管上不加电压，利用P?N结受光照射时产生正向电压的原理，可看作微型光电池。这种工作状态一般用作光电检测器。光电二极管的工作电压VR ，允许的最高反向电压一般不超过10V，最高的可达50V。 暗电流ID及光电流IL ，无光照时，加一定反压时的反向漏电流称为暗电流ID，一般ID小于100nA ???。加一定反压并受到光照时流过管子的电流称为光电流 IL，一般光电流IL为几十微安 ???，并且与照度成线性关系。 光谱特性。硅光电二极管的光谱范围为400～1100nm，其峰值波长为880～900nm，如图7所示。这与GaAs红外发光二极管的波长相匹配，可获得较高的传输效率。但它除能接收红外光以外，对可见光也敏感，所以要加滤光措施或防止阳光或灯光的干扰。 光电三极管的特性与一般晶体管相同，差别仅在于参变量不同：三极管的参变量是基极电流，而光电三极管的参变量是入射光强。光电三极管的主要参数有：反向击穿电压VR(最小的为5V，最大的可达75V以上)；暗电流ID小于0?3μA (300nA)；光电流IL在0?4～2．5mA之间，最大功耗Pm为50～100mW。 PH302及PT331C的主要特性。