光电倍增管.ppt

光子探测器
M－光电增益
输出光电流
光电导探测器：M可以大于1
光电三极管： M~102
雪崩光电二极管：M~103
？？？？ M~106
第5章 光电子发射探测器
精选课件
发射，能量分散小，在成象器件中分辨率极高
4、暗电流极小
5、延伸的光谱区内其灵敏度均匀
式（5－2）与式（1－65）对比
精选课件
1、结构
真空光电管构造示意图
真空光电管由玻壳、光电阴极和阳极三部分组成
光电管和光电倍增管的结构原理
光电管
精选课件
充气型光电管：
光电管的特点：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
精选课件
Photomultiplier Tube 简称PMT

光电倍增管
电子光学系统
精选课件
1）. 入射光窗
(a)侧窗式
(b)端窗式
1）光入射通道
2）短波阈值
作用：

精选课件
硼硅玻璃（无钾玻璃）
常用的玻璃材料，可以透过从近红外至300nm的入射光，不适合于紫外区的探测。
透紫玻璃（UV玻璃）  
很好地透过紫外光，和硼硅玻璃一样被广泛使用。分光应用领域一般都要求用透紫玻璃，其截止波长可接近185nm。
窗口材料
合成石英
紫外光波长延伸至160nm
氟化镁（镁氟化物）极好的紫外线透过性，接近115nm，
蓝宝石 紫外光波长延伸至150nm
精选课件
2）光电阴极
作用:
1) 光电转换能力
2) 长波波长阈值
3) 决定整管灵敏度
精选课件
3）电子光学系统
作用:
1）收集率接近于1
2）渡越时间零散最小
精选课件
4）.电子倍增极
－－由许多倍增极组成，决定整管灵敏度最关键部分 作用－－倍增 10-15级倍增极
精选课件
4）.电子倍增极
1）二次电子发射
材 料
一次电子
二次电子
二次电子发射系数：
（1）二次电子发射
精选课件
二次电子发射系数：
二次发射系数
与一次电子能量关系
增大Ep，δ值反而下降
不同材料 δmax
金属：～
半导体和介质：5～6
负电子亲和势材料：500~
δ随Ep增大而增大
Epmax约为100～1800eV
精选课件
内增益极高－－倍增原理
（1）二次电子发射
入射光照射到光电阴极K上，发射光电子，经电子光学系统加速，聚焦到倍增极上，发射出多个二次电子；电子经n级倍增极，形成放大的阳极电流，在负载RL上产生放大的信号输出。
精选课件
4）. 电子倍增极
（2）实用的倍增极材料
灵敏的光电发射体，也是良好的二次电子发射体
a 复杂的半导体型：锑铯和锑铯钾等碱金属化合物化合物，
    b 氧化物型，主要是氧化镁。
    c 合金型，主要是银镁、铝镁、 铜镁等合金。
    d 负电子亲合势发射体。
精选课件
（3）倍增极结构
光电倍增管中的倍增极一般由几级到十五级组成，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a）与盒栅式（图b）两种结构；
聚焦型有瓦片静电聚焦型（图c）和圆瓦片式（图d）两种结构。
精选课件
倍增极结构形式
特点
聚焦型
直瓦片式
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。
圆瓦片式
结构紧凑，体积小，但灵敏度的均匀性差些。
非聚焦型
百叶窗式
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。
盒栅式
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。
（3）倍增极结构
精选课件
5）．阳极
作用：－－收集最末一级倍增极发射出来的二次电子，向外电路输出电流。
结构：－－具有较高电子收集率，能承受较大电流密度，在阳极附近空间不产生空间电荷效应。阳极广泛采用栅网状结构。
精选课件

1）.光子透过入射窗口入射在光电阴极上;
2).光电阴极上的电子受光子激发，离开表面发射到真空中;
3).光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增级上，倍增级将发射出比入射电子数目更多的二次电子。入射电子经N级倍增极倍增后，光电子就放大N次；
4).经过倍增后的二次电子由阳极收集，形成阳极光电流。
精选课件