最新光电技术第4课(2)ppt课件

三、质量光谱学与固体表面分析
固体表面分析 固体表面的成分和结构，可以用极细的电子、
离子、光或X射线的束流，入射到物质表面，对 表面发出的电子、离子、X射线等进行测定来分 析。这种技术在半导体工业领域被用于半导体的 检查中，如缺陷、表面分析、吸附等。电子、离 子、X射线一般采用电子倍增器或MCP来测定。
UnUbb80.0% 10.0% 8 U Ubb
例4-2 如果GDB-235的阳极最大输出电流为2mA，试 问阴极面上的入射光通量不能超过多少lm？ 解 由于Iam=G SKφVm
故阴极面上的入射光通量不能超过
V m Ia/m G S K 1 .1 2 0 5 1 0 4 2 30 1 0 60 0 .4 1 9 3 ( 0 L)m
光电技术第4课(2)
如图4-8所示为典型光电倍增管的电阻分压式供电电 路。电路由11个电阻构成电阻链分压器，分别向10级倍增 极提供电压UDD。
1、电阻链的设计
考虑到光电倍增管各倍增极的电子倍增效应，各级的 电子流按放大倍率分布，其中，阳极电流Ia最大。因此， 电阻链分压器中流过每级电阻的电流并不相等，但是，当 流过分压电阻的电流IR远远大于Ia时，即 IR ＞＞ Ia时，流 过各分压电阻Ri的电流近似相等。工程上常设计IR大于等 于10倍的Ia电流。
2.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到被测物质上，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。
二、利用发光原理
１.发光分光光度计 样品接受外部照射光的能量会产生发光，利
用单色器将这种光的特征光谱线显示出来，用 光电倍增管探测出特征光谱线是否存在及其强 度。这种方法可以迅速地定性或定量地检查出 样品中的元素。
运算放大器输出 输出的电压
PMT
V0 Rf Ip
Rf Cf V
4-5 光电倍增管的应用
一、光谱学 ----- 利用光吸收原理
1.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，称为吸收。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，即可得到被测物质吸收程度， 计算出物质的量。
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
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、散乱光的荧光光谱、量子效率、偏 光、寿命等进行测定。
六、医疗应用
γ相机 将放射性同位素标定试剂注入病人体内，通
此时，PMT的增益G应为
GIamin 2.4391.02 150 IK 24 1 06
GN N=8，每一级的增益δ=4.227
SbCs倍增极材料的增益δ与极间电压UDD有
0.2(UDD )0.7
UD
0.7
D
0.2
78V
总电源电压Ubb为 Ubb=（N+1.5）UDD=741V
(2) 计算偏置电路电阻链的阻值 偏置电路采用如图4-8所示的供电电路，设流过电阻链的
IR≥10Ia
选择的太大将使分压电阻功率损耗加大，倍增管温度升高 导致性能的降低，以至于温升太高而无法工作。
选定电流后，可以计算出电阻链分压器的总阻值R
对银镁合金倍增极
G n Ubb
G
Ubb
由于光电倍增管的输出信号Uo=GSkφvRL，因此，
输出信号的稳定度与增益的稳定度有关
UGnUbb
UG
四、环境监测
尘埃粒子计数器 尘埃粒子计数器检测大气或室内环境中悬
浮的粉尘或粒子的密度。它利用了尘埃粒子对 光的散乱或β射线的吸收原理。
浊度计 当液体中有悬浮粒子时，入射光会粒子被吸
收、折射。对人的眼睛来看是模糊的，而浊度 计正是利用了光的透过折射和散射原理，并用 数据来表光物质对细胞标定后，
２.荧光分光光度计 荧光分光光度计依据生物化学，特别是分子生物 学原理。物质受到光照射，发射长波的发光，这 种光称为荧光。用光电倍增管检测荧光的强度及 光谱特性，可以定性或定量地分析样品成份。
3.拉曼分光光度计 用单色光照射物质后被散乱，这种散乱光中， 只有物质特有量的不同波长光混合在里面。这 种散乱光（拉曼光）进行分光测定，对物质进 行定性定量的分析。由于拉曼发光极其微弱， 因此检测工作需要复杂的光路系统，并且采用 单光子计数法。
过γ相机可以得到断层图象，来判别病灶。从闪烁 扫描器开始，经逐步改良，γ相机的性能得到快速 的发展。光电倍增管通过光导和大面积NaI（Tl） 组合成探测器 正电子CT
电流为IRi，流过阳极电阻Ra的最大电流为 Iam=GSKφvm=1.02×105×40×10-6×12×10-6=48.96μA
取IRi≥10 Iam，则
IRi=500μA 因此，电阻链的阻值Ri= UDD/ IRi=156kΩ 取Ri=120 kΩ，R1=1.5Ri=180 kΩ。
(3) 输出信号电压的稳定度最高为
解 (1) 首先计算供电电源的电压
根据题目对输出电压幅度的要求和PMT的噪声特性，可以 选择阳极电阻Ra=82kΩ，阳极电流应不小于Iamin，因此
Iamin=UO/Ra=0.2V /82 kΩ=2.439μA
入射光通量为0.6×10-6lm时的阴极电流为 IK= SKφv=40×0.6×10-6=24×10-6μA
Ubb
在实际应用中常常对电源电压稳定度的要求简单地认 为高于输出电压稳定度一个数量级。例如，当要求输出电 压稳定度为1%时，则要求电源电压稳定度应高于0.1%。
例4-1 设入射到PMT上的最大光通量为φv=12×10-6lm， 当采用GDB-235型倍增管为光电探测器，已知它的倍增 级数为8级，阴极为SbCs材料，倍增极也为SbCs材料， SK=40μA/lm，若要求入射光通量在6×10-6lm时的输出电 压幅度不低于0.2V，试设计该PMT的变换电路。若供电 电压的稳定度只能做到0.01%，试问该PMT变换电路输出 信号的稳定度最高能达到多少？