第四章光电发射器件
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第四章光电发射器件
2. 银氧铯与铋银氧铯光阴极
银氧铯(Ag-O-Cs)阴极是最早使用的高效光阴极。它 的特点是对近红外辐射灵敏。制作过程是先在真空玻璃壳 壁上涂上一层银膜再通入氧气，通过辉光放电使银表面氧 化，对于半透明银膜由于基层电阻太高，不能用放电方法 而用射频加热法形成氧化银膜，再引入铯蒸汽进行敏化处 理，形成Ag-O-Cs薄膜。
2） 倍增极结构
光电倍增管按倍增极结构可分为聚焦型与非聚焦型两 种。非聚焦型光电倍增管有百叶窗型（图4-4（a））与 盒栅式（图4-4（b））两种结构；聚焦型有瓦片静电聚 焦型（图4-4（c））和圆形鼠笼式（图4-4（d））两种 结构。
第四章光电发射器件
来自百度文库
第四章光电发射器件
光电倍增管的基本特性
一、灵敏度
G= δ N
（4-6）
1、阴极灵敏度
定义光电倍增管阴极电流Ik与入射光谱辐射通量之比
为阴极的光谱灵敏度，并记为
S k ,λ
Ik Φ e,λ
(4-2)
若入射辐射为白光，则以阴极积分灵敏度，IK与光谱 辐射通量的积分之比，记为Sk
Sk Ik
d 第四0章光电e发,λ射器件
(4-3)
2、阳极灵敏度
定义光电倍增管阳极输出电流Ia与入射光谱辐射通量
真空光电发射器件具有极高的灵敏度、快速响应等特 点，它在微弱辐射的探测和快速弱辐射脉冲信息的捕捉等 方面仍具有相当大的应用领地。
光电发射阴极
光电发射阴极是光电发射器件的重要部件，它是吸收 光子能量发射光电子的部件。它的性能直接影响着整个光 电发射器件的性能，为此，首先讨论用于制造光电阴极的 典型光电发射材料。
第四章光电发射器件
二、光电倍增管的原理
光电倍增管是一种真空光电发射器件，它主要由光入 射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极五部分组 成。
如图4-3所示为光电倍增管原理示意图。
第四章光电发射器件
三、光电倍增管的结构 1. PMT的入射窗结构 2. 倍增极结构
侧窗式 端窗式
1）倍增极材料
锑化铯（Cs3Sb）材料具有很好的二次电子发射功 能，它可以在较低的电压下产生较高的发射系数，电压
一、真空光电管的原理
真空光电管主要由光电阴极和阳极两部分组成，因管 内常被抽成真空而称为真空光电管。
然而，有时为了使某种性能提高，在管壳内也充入某 些低气压惰性气体形成充气型的光电管。无论真空型还是 充气型均属于光电发射型器件，称为真空光电管或简称为 光电管。
其工作原理电路如图4-2所示，在阴极和阳极之间加 有一定的电压，且阳极为正极，阴极为负极。
第4章 光电发射器件
光电发射阴极 真空光电管与光电倍增管的工作原理 光电倍增管的基本特性 光电倍增管的供电电路 光电倍增管的典型应用
第四章光电发射器件
光电倍增管（PMT）
Photomultiplier Tube
利用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。其光电 转换分为光电发射和电子 倍增两个过程
银氧铯光电阴极的相对光谱响应曲线画从图4-1中可 以看出，它有两个峰值，一个在350 nm处，一个在800 nm处。光谱范围在300 nm到1200 nm之间。量子效率 不高，峰值处约0.5%～1%左右。
银氧铯使用温度可达100℃，但暗电流较大，且随温度 变化较快。
第四章光电发射器件
真空光电管与光电倍增管的工作原理
第四章光电发射器件
北京滨松光子技术有 限公司生产R212UH 型侧窗式光电倍增管
HAMAMATSU（滨 松）是总部设在日本 的一家主要生产光电 器件的跨国公司。它 在亚洲、欧洲和北美 设有七家分支机构。 日本滨松下设四个生 产部门：电子管事业 部，主要生产以光电 倍增管为主的各种真 空探测器,真空光源 等相关仪器设备。半 导体事业部，主要生 产以光电二极管为主 的各种半导体光电器 件。系统事业部，主
之比为阳极的光谱灵敏度，并记为
S a ,λ
Ia Φ e, λ
(4-4)
若入射辐射为白光，则定义为阳极积分灵敏度，记为Sa
Sa
Ia
0
e,λ
d
(4-5)
第四章光电发射器件
二 、电流放大倍数（增益）
电流放大倍数表征了光电倍增管的内增益特性，它不
但与倍增极材料的二次电子发射系数δ有关，而且与光电 倍增管的级数N有关。理想光电倍增管的增益G与电子发 射系数δ的关系为
要生产以滨松公司自产器件为中心的各种分析和测量仪器,应用在半导体芯片,生物 工程和医疗等各种领域。激光器事业部，主要生产科研和产业用的大功率半导体 激光器。北京滨松光子技术有限公司是1988年由中国核工业总公司北京核仪器厂 与日本滨松光子学株式会社共同投资成立的（PMT产量占全球三分之一）。
第四章光电发射器件
第四章光电发射器件
1、真空型光电管的工作原理
当入射光透过真空型光电管的入射窗照射到光电阴极 面上时，光电子就从阴极发射出去，在阴极和阳极之间形 成的电场作用下，光电子在极间作加速运动，被高电位的 阳极收集，其光电流的大小主要由阴极灵敏度和入射辐射 的强度决定。
2、充气型光电管的工作原理
光照产生电子在电场的作用 下运动，途中与惰性气体原子 碰撞而电离，电离又产生新的 电子，它与光电子一起都被阳 极收集，形成数倍于真空型光 电管的光电流 。
高于400V时的δ值可高达10倍。
氧化的银镁合金材料也具有二次电子发射功能，它 与锑化铯相比二次电子发射能力稍差些，但它可以工作 在较强电流和较高的温度（150℃）。
第四章光电发射器件
铜-铍合金（铍的含量为2%）材料也具有二次电子发 射功能，不过它的发射系数δ比银镁合金更低些。
新发展起来的负电子亲和势材料GaP[Cs]，具有更高的 二次电子发射功能，在电压为1000V时，倍增系数可大于 50或高达200。
第四章光电发射器件
一、光电阴极材料
1. 单碱与多碱锑化物光阴极
锑铯(Cs3Sb)光电阴极是最 常用的，量子效率很高的光电 阴极。长波限约为650nm，对 红外不灵敏。锑铯阴极的峰值 量子效率较高，一般高达 20%~30%，比银氧铯光电阴 极高30多倍。两种或三种碱金 属与锑化合形成多碱锑化物光 阴极。其量子效率峰值可高达 30% 。
2. 银氧铯与铋银氧铯光阴极
银氧铯(Ag-O-Cs)阴极是最早使用的高效光阴极。它 的特点是对近红外辐射灵敏。制作过程是先在真空玻璃壳 壁上涂上一层银膜再通入氧气，通过辉光放电使银表面氧 化，对于半透明银膜由于基层电阻太高，不能用放电方法 而用射频加热法形成氧化银膜，再引入铯蒸汽进行敏化处 理，形成Ag-O-Cs薄膜。
2） 倍增极结构
光电倍增管按倍增极结构可分为聚焦型与非聚焦型两 种。非聚焦型光电倍增管有百叶窗型（图4-4（a））与 盒栅式（图4-4（b））两种结构；聚焦型有瓦片静电聚 焦型（图4-4（c））和圆形鼠笼式（图4-4（d））两种 结构。
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第四章光电发射器件
光电倍增管的基本特性
一、灵敏度
G= δ N
（4-6）
1、阴极灵敏度
定义光电倍增管阴极电流Ik与入射光谱辐射通量之比
为阴极的光谱灵敏度，并记为
S k ,λ
Ik Φ e,λ
(4-2)
若入射辐射为白光，则以阴极积分灵敏度，IK与光谱 辐射通量的积分之比，记为Sk
Sk Ik
d 第四0章光电e发,λ射器件
(4-3)
2、阳极灵敏度
定义光电倍增管阳极输出电流Ia与入射光谱辐射通量
真空光电发射器件具有极高的灵敏度、快速响应等特 点，它在微弱辐射的探测和快速弱辐射脉冲信息的捕捉等 方面仍具有相当大的应用领地。
光电发射阴极
光电发射阴极是光电发射器件的重要部件，它是吸收 光子能量发射光电子的部件。它的性能直接影响着整个光 电发射器件的性能，为此，首先讨论用于制造光电阴极的 典型光电发射材料。
第四章光电发射器件
二、光电倍增管的原理
光电倍增管是一种真空光电发射器件，它主要由光入 射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极五部分组 成。
如图4-3所示为光电倍增管原理示意图。
第四章光电发射器件
三、光电倍增管的结构 1. PMT的入射窗结构 2. 倍增极结构
侧窗式 端窗式
1）倍增极材料
锑化铯（Cs3Sb）材料具有很好的二次电子发射功 能，它可以在较低的电压下产生较高的发射系数，电压
一、真空光电管的原理
真空光电管主要由光电阴极和阳极两部分组成，因管 内常被抽成真空而称为真空光电管。
然而，有时为了使某种性能提高，在管壳内也充入某 些低气压惰性气体形成充气型的光电管。无论真空型还是 充气型均属于光电发射型器件，称为真空光电管或简称为 光电管。
其工作原理电路如图4-2所示，在阴极和阳极之间加 有一定的电压，且阳极为正极，阴极为负极。
第4章 光电发射器件
光电发射阴极 真空光电管与光电倍增管的工作原理 光电倍增管的基本特性 光电倍增管的供电电路 光电倍增管的典型应用
第四章光电发射器件
光电倍增管（PMT）
Photomultiplier Tube
利用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。其光电 转换分为光电发射和电子 倍增两个过程
银氧铯光电阴极的相对光谱响应曲线画从图4-1中可 以看出，它有两个峰值，一个在350 nm处，一个在800 nm处。光谱范围在300 nm到1200 nm之间。量子效率 不高，峰值处约0.5%～1%左右。
银氧铯使用温度可达100℃，但暗电流较大，且随温度 变化较快。
第四章光电发射器件
真空光电管与光电倍增管的工作原理
第四章光电发射器件
北京滨松光子技术有 限公司生产R212UH 型侧窗式光电倍增管
HAMAMATSU（滨 松）是总部设在日本 的一家主要生产光电 器件的跨国公司。它 在亚洲、欧洲和北美 设有七家分支机构。 日本滨松下设四个生 产部门：电子管事业 部，主要生产以光电 倍增管为主的各种真 空探测器,真空光源 等相关仪器设备。半 导体事业部，主要生 产以光电二极管为主 的各种半导体光电器 件。系统事业部，主
之比为阳极的光谱灵敏度，并记为
S a ,λ
Ia Φ e, λ
(4-4)
若入射辐射为白光，则定义为阳极积分灵敏度，记为Sa
Sa
Ia
0
e,λ
d
(4-5)
第四章光电发射器件
二 、电流放大倍数（增益）
电流放大倍数表征了光电倍增管的内增益特性，它不
但与倍增极材料的二次电子发射系数δ有关，而且与光电 倍增管的级数N有关。理想光电倍增管的增益G与电子发 射系数δ的关系为
要生产以滨松公司自产器件为中心的各种分析和测量仪器,应用在半导体芯片,生物 工程和医疗等各种领域。激光器事业部，主要生产科研和产业用的大功率半导体 激光器。北京滨松光子技术有限公司是1988年由中国核工业总公司北京核仪器厂 与日本滨松光子学株式会社共同投资成立的（PMT产量占全球三分之一）。
第四章光电发射器件
第四章光电发射器件
1、真空型光电管的工作原理
当入射光透过真空型光电管的入射窗照射到光电阴极 面上时，光电子就从阴极发射出去，在阴极和阳极之间形 成的电场作用下，光电子在极间作加速运动，被高电位的 阳极收集，其光电流的大小主要由阴极灵敏度和入射辐射 的强度决定。
2、充气型光电管的工作原理
光照产生电子在电场的作用 下运动，途中与惰性气体原子 碰撞而电离，电离又产生新的 电子，它与光电子一起都被阳 极收集，形成数倍于真空型光 电管的光电流 。
高于400V时的δ值可高达10倍。
氧化的银镁合金材料也具有二次电子发射功能，它 与锑化铯相比二次电子发射能力稍差些，但它可以工作 在较强电流和较高的温度（150℃）。
第四章光电发射器件
铜-铍合金（铍的含量为2%）材料也具有二次电子发 射功能，不过它的发射系数δ比银镁合金更低些。
新发展起来的负电子亲和势材料GaP[Cs]，具有更高的 二次电子发射功能，在电压为1000V时，倍增系数可大于 50或高达200。
第四章光电发射器件
一、光电阴极材料
1. 单碱与多碱锑化物光阴极
锑铯(Cs3Sb)光电阴极是最 常用的，量子效率很高的光电 阴极。长波限约为650nm，对 红外不灵敏。锑铯阴极的峰值 量子效率较高，一般高达 20%~30%，比银氧铯光电阴 极高30多倍。两种或三种碱金 属与锑化合形成多碱锑化物光 阴极。其量子效率峰值可高达 30% 。