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实验10光电倍增管.doc实验 10 光电倍增管特性测试
将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分 析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长 200~1200 纳米的极微弱辐射功率。 闪烁计数器的出现，扩大了光电倍增管的应用范围。激光检测仪器的发展与采用光电倍增 管作为有效接收器密切有关。电视电影的发射和图象传送也离不开光电倍增管。光电倍增 管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等 领域。
由于光电倍增管增益高和响应时间短，又由于它的输出电流和入射光子数成正比，所 以它被广泛使用在天体光度测量和天体分光光度测量中。其优点是：测量精度高，可以测 量比较暗弱的天体，还可以测量天体光度的快速变化。天文测光中，应用较多的是锑铯光 阴极的倍增管，如 RCA1P21 。这种光电倍增管的极大量子效率在 4200 埃附近，为 20%左
右。还有一种双硷光阴极的光电倍增管，如 GDB-53 。它的信噪比的数值较 RCA1P21 大一 个数量级，暗流很低。为了观测近红外区，常用多硷光阴极和砷化镓阴极的光电倍增管， 后者量子效率最大可达 50%。
普通光电倍增管一次只能测量一个信息，即通道数为 1。近来研制成多阳极光电倍增
管,它相当于许多很细的倍增管组成的矩阵。由于通道数受阳极末端细金属丝的限制，目前 只做到上百个通道。
【实验目的】
了解熟悉光电倍增管的使用及机理。
掌握光电倍增管的暗电流的测量方法。
学习光电倍增管的阴极伏安特性的测量方法。
学习光电倍增管的阳极伏安特性的测量方法。
掌握光电倍增管的放大倍数的测量方法。
【仪器用具】
CSYGLGD01 光电综合测试仪主机箱、全自动单色仪、溴钨灯、光电倍增管高压模块、 自选增益放大电路、光电倍增管、光电特性测试系统软件。
【实验原理】
光电倍增的机理 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。
Anode
Dynodes
Figure 1
Output Meter
Focusing Electrode
Fo^ver Supply
incorning
Photon \ * \ Window
Photo
cathode
Photomultiplier Tube
UH
Voltage Dropping
Resistors
图一、光电倍增管的工作机理图
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（见图一） 。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（见光电式传感器）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。常用的打拿极材料有锑化铯、氧化的银镁合金和氧化的铜铍合金等。打拿极的形状应 有利于将前一级发射的电子收集到下一极。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。电子倍增系统有聚焦型和非聚焦型两类。聚焦型的打拿极 把来自前一级的电子经倍增后聚焦到下一级去，两极之间可能发生电子束轨迹的交叉。非 聚焦型又分为圆环瓦片式（即鼠笼式） 、直线瓦片式、盒栅式和百叶窗式。
光电倍增管是依据光电子发射、二次电子发射和电子光学的原理制成的、透明真空壳 体内装有特殊电极的器件。光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电场 （或磁场）加
速，聚焦于第一次极。这些冲击次极的电子能使次极释放更多的电子，它们再被聚焦在第 二次极。这样，一般经十次以上倍增，放大倍数可达到 108〜io10。最后，在高电位的阳极
收集到放大了的光电流。 输出电流和入射光子数成正比。 整个过程时间约 10-8秒。光电倍
增管有两个缺点：①灵敏度因强光照射或因照射时间过长而降低，停止照射后又部分地恢