光电探测器PPT课件
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侧窗式
端窗式
.
4
1．光窗
光窗分侧窗式和端窗式两种，它是入射光的通道。一般常 用的光窗材料有钠钙玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、熔凝石英和 氟镁玻璃等。由于光窗对光的吸收与波长有关，波长越短吸收 越多，所以倍增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料。
.
5
2．光电阴极
光电阴极多是由化合物半导体材料制作，它接收入射光， 向外发射光电子。所以倍增管光谱特性的长波阈值决定于光 电阴极材料，同时对整管灵敏度也起着决定性作用。
真空光电管构造示意图
优点：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。
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. 。
3
光电倍增管
一、结构和原理
光电倍增管由光窗、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，其外形如图
光敏电阻的使用
光伏器件
光电池
光电二极管
雪崩光电二极管 光电晶体管
ห้องสมุดไป่ตู้
PIN管
阵列式或象限式结型光电器件
光电位置探测器 光电开关与光电耦合器
各种结型光电器件的类似特. 性及使用要点
2
真空光电管
真空光电管由玻壳、光电阴极和阳极三部分组成。为了 防止氧化，将管内抽成真空。光电阴极即半导体光电发射材 料，涂于玻壳内壁，受光照时，可向外发射光电子。阳极是 金属环或金属网，置于光电阴极的对面，加正的高电压，用 来收集从阴极发射出来的电子。
由二次电子倍增材料构成，具有使一次电子倍增的能力。因 此倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。
为了表征不同材料的二次电子发射能力，通常将二次发
射电子数N2与入射的一次电子数N1的比值定义为该材料的
二次发射系数： N 2
N1 .
8
显然，阳极电流可表示为：
I i0n
i0——光阴极发出的光电流 n——光电倍增级的级数
倍增极材料大致可分以下四类：
1）含碱复杂面主要是银氧铯和锑铯两种，它们既是灵敏的光 电发射体，也是良好的二次电子发射体。
2）氧化物型，主要是氧化镁。 3）合金型，主要是银镁、铝镁、铜镁、镍镁、铜铍等合金。 4）负电子亲合势发射体。
这几类材料在低电压下有大的二次电子发射系数，以便整
管工作电压不致于过高；热发射小，以便整管的暗电流和噪声小
测试阴极灵敏度时，以阴极为一极，其它倍增极和阳极都 连到一起为另一极，相对于阴极加100～300V直流电压，照射 到光电阴极上的光通量约为10-2～10-5lm。
测试阳极灵敏度时，各倍增极和阳极都加上适当电压，因 为阳极灵敏度是整管参量，与整管所加电压有关，所以必须注 明整管所加电压。
积分灵敏度与测试光源的色温有关，一般用色温为2856K 的白炽钨丝灯（A光源）。(色温：辐射源发射光的颜色与黑体 在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐 射源的色温。)色温不同时即使测试光源的波长范围相同，各单 色光在光谱分布中的组分不同时. ，所得的积分灵敏度也不同。14
直瓦片式 聚焦型
圆瓦片式
非聚焦 型
百叶窗式 盒栅式
特点
极间电子渡越时间零散小，但绝缘支架可能 积累电荷而影响电子光学系统的稳定性。
结构紧凑，体积小，但灵敏度的均匀性差些。
工作面积大，与大面积光电阴极配合可制成 探测弱光的倍增管，但极间电压高时，有的 电子可能越级穿过，收集率较低，渡越时间 零散较大。
.
6
3．电子光学系统
电子光学系统是适当设计的电极结构，使前一级发射出来
的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上，也就是使下一 级的收集率接近于1；并使前一级各部分发射出来的电子，落 到后一级上所经历的时间尽可能相同，即渡越时间零散最小。
.
7
4．倍增系统
倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是
光电倍增管的主要参量与特性是区分管子质量好坏的基本 依据。分为基本参数（静态参数）、应用参数（动态参数）、 运行特性（例行特性）。
基本参数与管子工作原理、结构特征、材料性质、制造工 艺有关。它包括灵敏度、量子效率、增益、暗电流、光谱响应 等。
应用参数与管子应用方法和探测对象有关，反映某种应用 的特殊要求。它包括闪烁计数中的脉冲幅度分辨率、噪声能当 量、计数坪特性；光子计数中的暗噪声计数、单电子分辨率、 峰谷比；快速光脉冲测量中的上升时间、半高宽、渡越时间、 时间分辨率等。
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。
.
10
a) 百叶窗式
各种倍增极的结构形式 b) 盒栅式 c) 直瓦片式
.
d) 圆瓦片式
11
5．阳极
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电子。
.
12
二、光电倍增管的主要参量与特性
光电探测器件
光电探测器件是光辐射探测器件中的一大类，它利 用各种光电效应，使入射辐射强度转换成电学信息或电 能。
本章将主要介绍真空光电器件、光电导器件及光伏 器件三大类光电探测器。
.
1
真空光电管
光电倍增管
一、结构和原理 二、光电倍增管的主要参量与特性
三、光电倍增管的使用
光电导器件
光敏电阻的主要特性
运行特性与管子运行条件、运行环境有关。它表征管子承
受的外部条件和使用极限，包括稳定性、温度特性、最大线性
电流、抗电磁干扰特性、抗冲击. 振动特性等。
13
1.灵敏度
倍增管灵敏度有阴极灵敏度与阳极灵敏度之分。每一种灵 敏度对于入射光，又都有光谱灵敏度（对于单色光）与积分灵 敏度（对于多色光或全色光）之分。
；二次电子发射稳定，以便温度较高或一次电流较大时，长时间
工作σ不下降；而且容易制备。 .
9
根据电子轨迹的形式可将倍增系统分为两大类，即聚焦 型和非聚焦型。聚焦型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。非聚 焦则是指在两电极间的电子运动轨迹是平行的。
倍增极结构形式
灵敏度
阴极灵敏度
阴极光谱灵敏 度
阴极积分灵敏 度
阳极灵敏度
阳极光谱灵敏 度
阳极积分灵敏 度
公式 SK(λ)=IKλ/Φλ SK=IK/Φ SA(λ)=IAλ/Φλ SA=IA/Φ
说明
S：灵敏度 λ：波长 I：光电流 Φ：光通量 下标K：阴 极 下标A：阳 极
.
15
2.电流增益M
阳极电流与阴极电流之比，或阳极灵敏度与阴极灵敏度 之比，即
端窗式
.
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1．光窗
光窗分侧窗式和端窗式两种，它是入射光的通道。一般常 用的光窗材料有钠钙玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、熔凝石英和 氟镁玻璃等。由于光窗对光的吸收与波长有关，波长越短吸收 越多，所以倍增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料。
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2．光电阴极
光电阴极多是由化合物半导体材料制作，它接收入射光， 向外发射光电子。所以倍增管光谱特性的长波阈值决定于光 电阴极材料，同时对整管灵敏度也起着决定性作用。
真空光电管构造示意图
优点：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。
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. 。
3
光电倍增管
一、结构和原理
光电倍增管由光窗、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，其外形如图
光敏电阻的使用
光伏器件
光电池
光电二极管
雪崩光电二极管 光电晶体管
ห้องสมุดไป่ตู้
PIN管
阵列式或象限式结型光电器件
光电位置探测器 光电开关与光电耦合器
各种结型光电器件的类似特. 性及使用要点
2
真空光电管
真空光电管由玻壳、光电阴极和阳极三部分组成。为了 防止氧化，将管内抽成真空。光电阴极即半导体光电发射材 料，涂于玻壳内壁，受光照时，可向外发射光电子。阳极是 金属环或金属网，置于光电阴极的对面，加正的高电压，用 来收集从阴极发射出来的电子。
由二次电子倍增材料构成，具有使一次电子倍增的能力。因 此倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。
为了表征不同材料的二次电子发射能力，通常将二次发
射电子数N2与入射的一次电子数N1的比值定义为该材料的
二次发射系数： N 2
N1 .
8
显然，阳极电流可表示为：
I i0n
i0——光阴极发出的光电流 n——光电倍增级的级数
倍增极材料大致可分以下四类：
1）含碱复杂面主要是银氧铯和锑铯两种，它们既是灵敏的光 电发射体，也是良好的二次电子发射体。
2）氧化物型，主要是氧化镁。 3）合金型，主要是银镁、铝镁、铜镁、镍镁、铜铍等合金。 4）负电子亲合势发射体。
这几类材料在低电压下有大的二次电子发射系数，以便整
管工作电压不致于过高；热发射小，以便整管的暗电流和噪声小
测试阴极灵敏度时，以阴极为一极，其它倍增极和阳极都 连到一起为另一极，相对于阴极加100～300V直流电压，照射 到光电阴极上的光通量约为10-2～10-5lm。
测试阳极灵敏度时，各倍增极和阳极都加上适当电压，因 为阳极灵敏度是整管参量，与整管所加电压有关，所以必须注 明整管所加电压。
积分灵敏度与测试光源的色温有关，一般用色温为2856K 的白炽钨丝灯（A光源）。(色温：辐射源发射光的颜色与黑体 在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐 射源的色温。)色温不同时即使测试光源的波长范围相同，各单 色光在光谱分布中的组分不同时. ，所得的积分灵敏度也不同。14
直瓦片式 聚焦型
圆瓦片式
非聚焦 型
百叶窗式 盒栅式
特点
极间电子渡越时间零散小，但绝缘支架可能 积累电荷而影响电子光学系统的稳定性。
结构紧凑，体积小，但灵敏度的均匀性差些。
工作面积大，与大面积光电阴极配合可制成 探测弱光的倍增管，但极间电压高时，有的 电子可能越级穿过，收集率较低，渡越时间 零散较大。
.
6
3．电子光学系统
电子光学系统是适当设计的电极结构，使前一级发射出来
的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上，也就是使下一 级的收集率接近于1；并使前一级各部分发射出来的电子，落 到后一级上所经历的时间尽可能相同，即渡越时间零散最小。
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4．倍增系统
倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是
光电倍增管的主要参量与特性是区分管子质量好坏的基本 依据。分为基本参数（静态参数）、应用参数（动态参数）、 运行特性（例行特性）。
基本参数与管子工作原理、结构特征、材料性质、制造工 艺有关。它包括灵敏度、量子效率、增益、暗电流、光谱响应 等。
应用参数与管子应用方法和探测对象有关，反映某种应用 的特殊要求。它包括闪烁计数中的脉冲幅度分辨率、噪声能当 量、计数坪特性；光子计数中的暗噪声计数、单电子分辨率、 峰谷比；快速光脉冲测量中的上升时间、半高宽、渡越时间、 时间分辨率等。
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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10
a) 百叶窗式
各种倍增极的结构形式 b) 盒栅式 c) 直瓦片式
.
d) 圆瓦片式
11
5．阳极
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电子。
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12
二、光电倍增管的主要参量与特性
光电探测器件
光电探测器件是光辐射探测器件中的一大类，它利 用各种光电效应，使入射辐射强度转换成电学信息或电 能。
本章将主要介绍真空光电器件、光电导器件及光伏 器件三大类光电探测器。
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1
真空光电管
光电倍增管
一、结构和原理 二、光电倍增管的主要参量与特性
三、光电倍增管的使用
光电导器件
光敏电阻的主要特性
运行特性与管子运行条件、运行环境有关。它表征管子承
受的外部条件和使用极限，包括稳定性、温度特性、最大线性
电流、抗电磁干扰特性、抗冲击. 振动特性等。
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1.灵敏度
倍增管灵敏度有阴极灵敏度与阳极灵敏度之分。每一种灵 敏度对于入射光，又都有光谱灵敏度（对于单色光）与积分灵 敏度（对于多色光或全色光）之分。
；二次电子发射稳定，以便温度较高或一次电流较大时，长时间
工作σ不下降；而且容易制备。 .
9
根据电子轨迹的形式可将倍增系统分为两大类，即聚焦 型和非聚焦型。聚焦型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。非聚 焦则是指在两电极间的电子运动轨迹是平行的。
倍增极结构形式
灵敏度
阴极灵敏度
阴极光谱灵敏 度
阴极积分灵敏 度
阳极灵敏度
阳极光谱灵敏 度
阳极积分灵敏 度
公式 SK(λ)=IKλ/Φλ SK=IK/Φ SA(λ)=IAλ/Φλ SA=IA/Φ
说明
S：灵敏度 λ：波长 I：光电流 Φ：光通量 下标K：阴 极 下标A：阳 极
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15
2.电流增益M
阳极电流与阴极电流之比，或阳极灵敏度与阴极灵敏度 之比，即