第5章真空光电器件.ppt

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1、第5章 真空光电器件,了解：光电阴极的定义和真空光电器件的定义、分类、结构；,理解：常用光电阴极的材料：Ag-O-Cs、单碱锑化合物(PEA)、多碱锑化合物(PEA)、负电子亲合势材料(NEA)和紫外 光电阴极材料；,理解：负电子亲和势材料的光电阴极具有四个特点；,理解：光电管与光电倍增管结构、组成、工作原理；,理解：二次电子发射原理和二次电子发射过程三个阶段。,了解：倍增极结构、特点和阳极的作用；,能够产生光电发射效应的物体称为光电发射体，光电发射体在光电器件中常与阴极相联故称为光电阴极。,(一).光电阴极的主要参数,真空光电器件是基于外光电效应的光电探测器,结构特点:有一个真空管、一个光电

2、阴极和一个光电阳极。光电阴极和其它元件都放在真空管中。,真空光电器件包括光电管和光电倍增管,什么是光电阴极?,一.光电阴极,1.灵敏度,色温2856K的钨丝灯,(1)光照灵敏度,在一定的白光照射下，光电阴极的光电流与入射的白光光通量之比,也称白光灵敏度或积分灵敏度。,它表示在某些特定的波长区域，阴极光电流与入射光的光通量之比。,(2)色光灵敏度,一般用不同的滤光片来获得不同的光谱范围，滤光片的透射比不同，它又分别称为蓝光灵敏度、红光灵敏度及红外灵敏。,实际上是局部波长范围的积分灵敏度,QB:中国青色或兰色玻璃(德国:BG)HB:中国红色玻璃,2.量子效率,阴极发射的光电子数 Ne()与入射的光

3、子数 Np()之比，称为量子效率:,量子效率和光谱灵敏度之间的关系:,式中,单位为nm；S()为光谱灵敏度，单位为A/W。,波长一定的单色光照射时，光电阴极发出的光电流与入射的单色光通量之比。,(3)光谱灵敏度,可以看出：量子效率和光谱灵敏度是同一物理意义的两种不同描述,光电阴极中有一些电子的热能有可能大于光电阴极逸出功，因而可产生热电子发射。,热电子发射会引起噪声，限制了探测器灵敏度极限。,室温下典型光电阴极每秒每平方厘米发射的热电子相当于,l0-16 10-17A/cm2,3.光谱响应曲线,光电阴极的光谱灵敏度与入射光波长的关系曲线，称为光谱响应曲线。,4.热电子发射,S(),/nm,光电

4、阴极一般分为:透射型与反射型两种。,不透明阴极通常较厚，光照射到阴极上，光电子从同一面发射出来，所以不透明光电阴极又称为反射型阴极,(二).光电阴极的分类,透射型阴极通常制作在透明介质上，光通过透明介质后入射到光电阴极上。光电子则从光电阴极的另一边发射出来，所以透射型阴极又称为半透明光电阴极。,透射型阴极光电子的逸出深度是有限的，因此，所有半透明光电阴极都有一个最佳厚度。,锑和几种碱金属形成的化合物包括双碱锑材料Sb-Na-K、Sb-K-Cs和三碱锑材料Sb-Na-K-Cs等，Sb-Na-K-Cs是最实用的光电阴极材料，具有高灵敏度和宽光谱响应，其红外端可延伸到930nm，适用于宽带光谱测量仪

5、.,金属锑与碱金属锂、钠、钾、铯中的一种构成的化合物，都是能形成具有稳定光电发射的发射材料，CsSb最为常用，在紫外和可见光区的灵敏度最高。,某些应用，要求光电阴极材料只对所探测的紫外辐射灵敏，对可见光无响应。这种材料通常称为“日盲”型光电阴极材料，也称紫外光电阴极材料。目前实用的紫外光电阴极碲化铯(CsTe)和碘化铯(Csl)两种。,负电子亲和势材料制作的光电阴极与正电子亲和势材料光电阴极相比,具有以下四点特点,(三).常用光电阴极材料,透射型光谱响应:300nm到1200nm，反射型光谱响应:300m到1100nm。Ag-O-Cs光电阴极主要应用于近红外探测。,(1)Ag-O-Cs具有良好

6、的可见和近红外响应。,(2)单碱锑化合物(PEA),(3)多碱锑化合物(PEA),(4)负电子亲合能材料(NEA),(5)紫外光电阴极材料,长波限为0.32m,长波限为0.2m,一个好的光电发射材料，应具备下列条件：,光吸收系数大；,光电子在体内传输时受到的能量损失小，使溢出深度大；,表面势垒低（电子亲和势小），使电子从表面溢出的概率大；,热电子发射系数小。,这些材料的真空能级在导带之中，从而使有效的电子亲和势变为负值，这种材料称作负电子亲和势光电阴极材料。常用的有:GaAs(Cs)和InGaAs(Cs),光电管主要由玻壳（光窗）、光电阴极和阳极三部分组成,PT内可以抽成真空也可以充入低压惰性

7、气体，有真空型和充气型两种。,二 光电管与光电倍增管,(一).光电管(PT),简述真空型和充气型两种光电管的工作原理?,工作原理,这种型式一般应用在光谱仪和发光强度测量中,侧窗式光电倍增管一般使用反射式光电阴极，而且大多数采用鼠笼式倍增极结构,PMT的光窗是入射光的通道,侧窗型光电倍增管是通过管壳的侧面接收入射光，,端窗式光电倍增管通常使用半透明光电阴极，光电阴极材料沉积在入射窗的内侧面,端窗式光电倍增管是通过管壳的端面接收入射光,光电倍增管是在光电管的基础上研制出来的一种真空光电器件，在结构上增加了电子光学系统和电子倍增极，因此极大的提高了检测灵敏度。,光电倍增管主要由入射窗口、光电阴极、电

8、子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。,(1).入射窗口,a.窗口形式,光窗有侧窗和端窗两种,(二).光电倍增管(PMT),1光电倍增管的结构,侧窗,端窗,该管是一种超小型的PMT，适用于光谱学、电子显微镜、闪烁计数和高能物理研究等方面。,由于它采用了端窗式半透明锑钾铯（双碱）光电阴极和10级直线静电聚焦式倍增系统及锑钾铯二次发射极，因而具有尺寸小、阳极灵敏度高、暗电流小、脉冲上升时间短等优点。,其主要技术指标为:()阴极灵敏度30A/l；()阳极灵敏度为80/l时，阳极电压典型800(最大1000)，暗电流典型值5（最大50);()光谱响应范围为300650。,GDB-223,光窗

9、材料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。,b.PMT常用的窗口材料,硼硅玻璃:透射范围从300nm到HW,透紫外玻璃:紫外短波透射截止波长可延伸到185nm,熔融石英（SiO2）:在远紫外区有相当好的透过率，短波截止波长可达到160nm,蓝宝石(Al2O3晶体):紫外透过率处于熔融石英和透紫外玻璃之间，紫外截止波长可以达到150nm。,MgF2:短波透射波长可到115nm,1)使光电阴极发射的光电子尽可能全部汇聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散热电子散射掉，提高信噪比.倍增极收集电子的能力通常用电子收集率表示；,(2).电子光学系统,电子光学系

10、统:阴极到倍增系统第一倍增极之间的电极空间.包括:光电阴极、聚焦极、加速极及第一倍增极。,电子光学系统的主要作用有两点,2)使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中渡越的时间尽可能相等，这样可以保证光电倍增管的快速响应.通常用渡越时间离散性表示。,2)内二次电子中初速指向表面的那一部分向表面运动，在运动中因散射而损失部分能量；,1)材料吸收一次电子的能量，激发体内电子到高能态，这些受激电子称为内二次电子；,3)到达界面的内二次电子中能量大于表面势垒的电子发射到真空中，成为二次电子。,当具有足够动能的电子轰击倍增极材料时，倍增极表面将发射新的电子。称入射的电子为一次电子，从倍增极表面发射的电子

11、为二次电子,(a)二次电子发射原理,把二次发射的电子数N2与入射的一次电子数Nl的比值定义为该材料的二次发射系数,(3)电子倍增极,倍增系统是由许多倍增极组成，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成的，具有使一次电子倍增的能力。倍增系统决定整管灵敏度。,二次电子发射过程三个阶段,什么是一次和二次电子？,这种结构的光电倍增管具有极好的均匀性和脉冲线性，抗磁场影响能力强。当阳极采用多电极结构时，可以做成位置敏感型器件。,最大特点是结构紧凑，时间响应快。,主要特点是光电子收集率高，均匀性和稳定性较好，但时间响应稍慢一些。,多用于端窗式光电倍增管;主要特点是时间响应很快，线性好。,适用于端窗式光电倍增管

12、。特点:管子的均匀性好，输出电流大并且稳定，但响应时间较慢，最高响应频率仅几十兆赫。,微通道板式光电倍增管的响应速度极快，抗磁场干扰能力强、线性好。,1）银氧铯和锑铯两种化合物:是灵敏的光电发射体和良好的二次电子发射体。,3）合金型:银镁、铝镁、铜镁、镍镁、铜铍等合金,4）负电子亲合势材料:铯激活的磷化镓等,光电倍增管中的倍增极一般由几级到十五级组成。根据电子的轨迹又可分为聚焦型和非聚焦型两大类。,（b）倍增极材料(大致可分以下四类),2）氧化物型:氧化镁、氧化钡等。,(3)倍增极结构,聚焦不是指使电子束会聚于一点，而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

13、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:,光电倍增管的性能取决于倍增极的结构类型和光电阴极的尺寸和聚焦系统。,鼠笼式,盒栅式,直线聚焦型,百叶窗式,近贴栅网式,微通道板式,阳极的作用：,(4).阳极,对阳极的要求：,有较高的电子收集率；,是收集从末级倍增极发射出的二次电子,能承受较大的电流密度；,具有小的输出电容；,其附近空间不产生空间电荷效应；,目前广泛采用的结构是栅网状。,为了使光电子能有效地被各倍增极电极收集并倍增，阴极与第一倍增极、各倍增极之间以及末级倍增极与阳极之间都必须施加一定的电压。,最基本的方法是在阴极和阳极之间加上适当的高压，阴极接负，阳极接正，外部

14、并接一系列电阻，使各电极之间获得一定的分压:,(二).PMT的工作原理,经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流Ip，在负载RL上产生信号电压0。,光子透过入射窗口入射在光电阴极K上,光电阴极K受光照激发，表面发射光电子,光电子被电子光学系统加速和聚焦后入射到第一倍增极D1上，将发射出比入射电子数更多的二次电子。入射电子经N级倍增后，光电子数就放大N次,了解：PMT的特性参数：暗电流、噪声、线性、稳定性、滞 后效应、时间特性、磁场特性;,了解：PMT的供电和信号输出电路;,理解：微通道管的结构，工作原理；微通道板的结构、工作 原理以及MCPPMT的结构、工作原理和优缺点；,了解：P

15、MT的应用。,理解：PMT的特性参数：灵敏度、电流放大倍数、伏安特性;,阴极的光谱灵敏度取决于光电阴极和窗口的材料性质。阳极的光谱灵敏度等于阴极的光谱灵敏度与光电倍增管放大系数的乘积，而其光谱响应曲线基本上与阴极的相同。,(1)光谱响应,灵敏度是衡量光电倍增管探测光信号能力的一个重要参数:包括光谱响应,阴极灵敏度,阳极灵敏度.,三 PMT的主要特性参数,1灵敏度,(2)阴极灵敏度,阴极的光照灵敏度定义为光阴极产生的光电流与入射到它上面的光通量之比,阳极光照灵敏度表示光电倍增管在接收分布温度为2856K的光辐射时阳极输出信号电流与入射到阴极上的光通量之比,(3)阳极灵敏度,与阴极灵敏度相对应，阳

16、极灵敏度也有蓝光灵敏度、红光灵敏度及单色灵敏度,阳极的光谱响应曲线基本上与阴极的相同。,C是常数；k值与倍增极的材料和结构有关，一般为0.70.8;Ud为倍增极之间电压。,光电倍增管倍增极的二次电子发射系数 是倍增极间电压的函数，有以下关系:,放大倍数与光电倍增管所加电压U的关系为:,可知：光电倍增管的放大倍数随所加电压的kN次方指数变化,2.电流放大倍数,可得出结论：电压的稳定度应比测量精度高一个数量级，为什么？,例如:要求系统测量精度为1%,那么所用电源电压的稳定度应为0.1%,其中,为什么呢！,暗电流来源：阴极或其他零件的热发射、极间欧姆漏电、残余气体以及场致发射等的再生效应。,(2)欧

17、姆漏电是指光电倍增管内支撑电极的绝缘体如玻璃芯柱、陶瓷片、塑料管基等在高电压下的漏电流。绝缘体的电阻率很高,但是管内吸附有多余的碱金属或者管外被其他赃物污染时,表面电阻降低,欧姆漏电便增加.,低电压时，暗电流由漏电流决定；电压较高时，主要是热电子发射；,(3)当光电倍增管的工作电压很高时，可能产生电极尖端的场致发射和残余气体离子发射。,电压再大，则导致场致发射和残余气体离子发射，使暗电流急剧增加，甚至可能发生自持放电,实际使用中，为了得到比较高的S/N，所加的电源电压必须适当，一般工作在右图的b段,(1)热电子发射是光电倍增管暗电流的主要部分。,3暗电流,PMT的暗电流是指在施加规定的电压后，

18、在无光时的阳极电流。暗电流决定了光电倍增管的极限灵敏度。暗电流主要来源:阴极,欧姆漏电和电极尖端场致发射。,暗电流的产生与电源电压有密切关系,强调:看书时注意理解:离子反馈,光反馈和自持放电,电极间气体被击穿后,即使没有外界电离因素作用,仍能保持电离,使放电持续的现象,图中，当阳极电压大于一定值后,阳极电流趋向饱和，与入射到阴极面上的光通量成线性关系。,(2)当入射光通量一定时，阳极电流与最后一级倍增极和阳极之间电压(阳极电压UP)的关系称为阳极伏安特性.下图为不同光通量下测得的阳极伏安特性。,(1)当入射光通量一定时，阴极光电流与阴极和第一倍增极之间电压(阴极电压UK)的关系称为阴极伏安特性

19、。下图为不同光通量下测得的阴极伏安特性。,5伏安特性,从图可见，当阴极电压大于一定值(几十伏)后，阴极电流开始趋向饱和，饱和电流与入射光通量成线性关系。,光电倍增管会受到周围环境磁场的影响。磁场会使本来由静电场确定的电子轨迹产生偏移。这种现象在阴极到第一倍增极区域最为明显，因为在这一区域，电子路径最大。在磁场的作用下电子运动偏离正常轨迹，引起光电倍增管灵敏度下降，噪声增加。,光电倍增管的稳定性是指在恒定光照情况下，阳极电流随时间的变化。光电倍增管的稳定性与工作电流、极间电压、运行时间、环境条件和光照情况等许多因素有关。,光电倍增管的噪声主要有光电器件本身的散粒噪声和热噪声、负载电阻的热噪声、光

20、电阴极和倍增极发射时的闪烁噪声等。散粒噪声中一大部分是暗电流被倍增引起的。,为了使光电倍增管能正常工作，通常在阴极(K)和阳极（P）之间加上近千伏的高压。为保证光电子能被有效地收集，光电流通过倍增系统能得到有效放大，还需将高压在阴极、聚焦极、倍增极和阳极之间按一定规律进行分配。,6.噪声,7.线性,8.稳定性,9.滞后效应,10.时间特性,11.磁场特性,PMT必须工作在高压状态下，一般电源电压的稳定性应比PMT所要求的稳定性约高10倍。在精密的光辐射测量中，通常要求电源电压的稳定度达到0.010.05。,PMT常用一种体积小巧的高压电源模块:输入直流电压为+15伏，可获得上千伏的负高压输出，

21、电压稳定度为0.02%0.05%。,1.高压电源,也可以通过微机编程自动设定高压，根据测量的光信号强度可自动调整PMT测量系统灵敏度。,该部分为调节控制端的电阻或电压值，输出的电压可在-200V至-1200V之间变化。可变电阻为10k的精密电阻。,PMT工作时，需在阴极和阳极之间加上5001000伏的高压。,阴极接地,阳极接高压电源的方式,但在这种方案中，由于靠近PMT玻壳的金属支架或磁屏蔽套管接地，它们与阴极和倍增极之间存在比较高的电位差，结果会使某些光电子打到玻壳内侧，产生玻璃闪烁现象，从而导致噪声的显著增加.,采用阳极接地、阴极接负高压方式,该电压以适当的比例分配给聚焦极、倍增极和阳极，

22、保证光电子能被有效地收集，光电流通过倍增系统得到放大。,2高压分压电路,(1)高压分压电路,(2)高压分压电路的接地方式,强调:为了保证阴极,聚焦极,倍增极和阳极之间电压的稳定,可在阴极与第一倍增极之间和阳极与最末一级倍增极之间采用齐纳二极管代替电阻.,实际应用中各极间的电压都是由连接于阳极与阴极之间的分压电阻所提供的，这一电路被称为高压分压电路。,消除了外部电路与阳极之间的电压差，便于电流-电压转换运算放大器直接与PMT相连接。,这种方法,必须使用耐高压的耦合电容来输出信号，只适合于交流或脉冲信号的测量。,流经分压电路的电流被称为分压电流,3.分压电流与输出线性的关系,入射光通量与阳极电流理

23、想的线性关系,从一个特定的电流值(B段)开始发生变化，并最终使PMT的输出饱和(C段)。,分压电流约等于供电电压除以各分压电阻阻值的和。,无论是阳极还是阴极接地，无论是直流还是脉冲信号工作，当入射到PMT光阴极的光通量增加时，输出电流也随着相应增加。,(1)在频响要求比较高的场合，负载电阻应尽可能小一些;,PMT的响应能力受到后继输出电路的截止频率的限制.,(2)当输出信号的线性要求较高时，选择的负载电阻应使信号电流在它上面产生的压降在几伏以下;,(一)用负载电阻实现I/V转换,负载电阻为RL,放大器的输入阻抗为Rin.,PMT阳极与导线电容杂散电容及其他各极间的总电容为Cs,那么截止频率可以

24、由下面的等式给出,4.信号输出方式,选择负载电阻时要注意三点,(3)负载电阻应比放大器的输入阻抗小得多。,PMT的有效负载电阻由RL和Rin并联结果决定.,例如，要测100MHz的光脉冲，负载电阻应小于150,为了防止PMT输出端发出高压，采用一只电阻RP和二极管VDl及VD2组成保护电路,可防止前置放大器被损坏。,(二)用运算放大器实现I/V转换,由于IC的Rin非常高，PMT的Ip大多数流过反馈电阻Rf。另外，IC的开环增益高达105，基于虚地概念，可知IC的输出电压Uo为：U0=-IPRf。,两个二极管应有最小的漏电流和结电容，通常采用一个小信号放大晶体管的BE结。,RP太小起不到保护作

25、用,太大测量大电流时有误差,一般为几千欧几十千欧.,MCP光电倍增管尺寸缩小，电子渡越时间短，阳极电流上升时间几乎降低了一个数量级，可以响应更窄的脉冲或更高频率的辐射,MCP广泛用于PMT,像增强器,微光电视,x光像增强器,高速示波管,以及光子计数,X射线,紫外光子,电子,离子,带电粒子等的探测.,MCP是一个含有许多小孔(通道)且表面涂有金属膜的小玻璃盘,具有二次电子发射特性.,MCP是一种先进的具有传输增强电子图象功能的电子倍增器,具有体积小,重量轻,分辨力好,增益高,噪声低,工作电压低.,大约有200-300万个小孔,一个小孔对应一个通道,小孔的数目在很大程度上决定了它的分辨率,要知道什

26、么是微通道板,先看什么是微通道?,五 微通道板光电倍增管(MCPPMT),用微通道板代替PMT中的电子倍增极，就构成微通道板光电倍增管(MCPPMT)。,那么什么是微通道板?,微通道板具有自饱和效应，这种饱和效应在各个通道内各自独立发生而互不影响。,微通道是一根根很细的玻璃管。内壁镀有高阻的二次发射材料，加高电压后内壁将出现电位梯度，光电阴极发出的一次电子轰击微通道的一端，发射出的二次电子因电场加速而轰击另一处，再发射二次电子，这样连续多次发射二次电子，可获得约104的增益。,微通道板是由成千上万根直径为1540m、长度为0.61.6mm的微通道排成的二维列阵，简称MCP。,为了获得较高的增益

27、，通道的长度不能太长。,可将通道制成人字形或z形的折线通道，以减小离子自由飞行的路程，和由离子轰击发射的二次电子；,由于通道中存在残余离子，其与电子的移动方向相反，撞击管壁时将释放出更多的二次电子，可能产生雪崩击穿或在负端离开通道，破坏光电阴极;,为了减小高压时残余空气离子的雪崩击穿，一般采用弯曲通道。,一般K到前面端0.3mm，电压150V；后端面到A约1.5mm，加电压300V；微通道板上电压可独立调节，以改变增益。,MCP端面与PMT的阴阳极面不平行，夹角大约为715；可增加内二次电子发射数，可消除正离子反馈。,带有两个串联的MCP光电倍增管的基本电路,微通道板光电倍增管特点,尺寸小；,

28、渡越时间短；,频率响应好；,对磁场不敏感；,灵敏度高；,位置分辨高可放大图像信号或检测位置信号；,噪声低；,功耗低。,微通道板光电倍增管，是利用固体二次电子发射特性，实现电流倍增；不仅具有更高的灵敏度，还具有对二维空间电子流图像放大的能力，得到广泛的应用:激光技术、高能物理研究、光学仪器、物理化学分析、宇宙射线检测等。,单阳极MCP-PMT,多阳极MCP-PMT,多阳极的MCP一PMT可以获得信号的二维分布，当众多阳极阵列的数量增加时，可以获得图像的细节，而普通打拿极结构的光电倍增管是无法实现的。,因此,广泛应用于航天、材料、生物、医学、地质等等领域。,PMT可用来测量光源在某个波长范围内的辐

29、射功率。它在元素的成分鉴定、各种化学分析和冶金学分析仪器中都有广泛的应用。,PMT放大倍数很高，常用来进行光子计数。当测量光微弱到一定的水平时，探测器本身的背景噪声(热噪声、散粒噪声等)给测量带来很大的困难。,六 光电倍增管的应用,(一)光谱测量,光电倍增管具有灵敏度高、响应迅速等特点，在探测微弱光信号及快速脉冲弱光信号方面是一个重要的探测器件。,(二)光子计数,np个光子,量子效率,到达阳极：106个电子,mA,515ns,np光电子,可探测能力：1020个光子,Ip,如果选择适当的倍增级材料、级数和级间电压，PMT的电流增益系数可达109数量级，此时PMT可用于单光子检测,(三).射线的探

30、测,1.闪烁计数,闪烁计数是将闪烁晶体与光电倍增管结合在一起探测高能粒子的有效方法。,当高能粒子照到闪烁体上时，它产生光辐射并由倍增管接收转变为电信号，而且，光电倍增管输出脉冲的幅度与粒子的能量成正比。,常用的闪烁体是NaI，用端窗式光电倍增管与之配合。,在放射线或原子核粒子作用下发生闪光现象的晶体材料,2.在医学上的应用,射线探测在核医学上已经应用的PET系统，,这种正电子CT与一般CT的区别在于它可以对生物的动机能进行诊断,把发射正电子的同位素药物(示踪剂)注入人体,以闪烁体探测示踪剂在人体内的分布及其随时间变化的信息,是用于诊断和指导治疗心脏病肿瘤神经系统疾病的最优手段,正确使用光电倍增

31、管，应该注意如下几点,1.阳极电流要小于1A，以减缓疲劳和老化效应。,2.分压器中流过的电流应大于阳极最大电流的1000倍，但是不应过分加大，以免发热。,3.高压电源的稳定性必须达到测量精度的10倍以上。电压的纹波系数一般应小于0.001%。,4.阴极和第一倍增极之间、末级倍增极和阳极之间的级间电压应设计得与总电压无关。,5.用运算放大器作光电倍增管输出信号的电流电压变换，可获好的信噪比和线性度。,6.电磁屏蔽时最好使屏蔽筒与阴极处于相同电位。,12.光电倍增管参数的离散性很大，要获得确切的参数，只能逐个测定。,7.光电倍增管使用前应接通高压电源，在黑暗中放置几小时。不用时应贮存在黑暗中。,8

32、.光电倍增管的冷却温度一般取-20,9.在光电阴极前放置优质的漫射器，可减少因阴极区域灵敏度不同而产生的误差。,10.光电倍增管不能在有氦气的环境中使用，因为它会渗透到玻壳内而引起噪声。,11.光电倍增管使用前应让其自然老化数年，已获得良好的稳定性。,思考题,1.PMT是由哪几部分组成的?并说明其工作原理?,2.什麽是二次电子?并说明二次电子发射的三个过程?,3.什麽是负电子亲和势光电阴极?它与正电子亲和势光电阴极相比具有哪些优点?,4.什麽是光电阴极?倍增级结构形式有几种,各有哪些特点?,5.什麽是微通道板?MCP-PMT有哪些特点?,作业：P122 5-1，5-6，5-7,本章结束,高能正

33、电子进入物质后,通过与离子,电子或原子的非弹性散射损失能量,其动能迅速降到热能,这一过程为热化,热化过程时间大约为ps级,例如普通多碱阴极只有几十纳米，而GaAs负电子亲和势光电阴极的逸出深度可达数微米，因此负电子亲和势光电阴极的量子效率较高。,受激电子在向表面迁移过程中，因与晶格碰撞，使其能量降到导带底而变成热化电子后，在内电场作用下进入Cs2O层，进入该层时因受内电场作用得到加速具有一定的能量，故可继续向表面运动并逸出表面。所以负电子亲和势光电阴极的有效逸出深度要比正电子亲和势阴极大得多。,结论：负电子亲和势阴极因其无表面势垒，所以受激电子跃迁到导带并迁移到表面后，可以较容易地逸出表面。,

34、实用NEA光电阴极材料有:InGaAs、GaAs、GaAsP等，其光谱响应曲线如图所示。,它们的量子效率比Ag-O-Cs材料要高10102倍，而且在很宽的光谱范围内光谱响应曲线较平坦。,正电子亲和势光电阴极中，激发到导带的电子必须克服表面势垒才能移出表面，只有高能电子才能发射出去。,在P-Si的基质材料上，涂一层极薄的金属Cs，特殊处理后成为N-Cs2O;,PEA光电阴极的阈值波长为,对于禁带宽度比GaAs更小的多元-V族化合物光电阴极来说，响应波长还可向更长的红外延伸。,NEA光电阴极的阈值波长为,与光谱响应范围相同的PEA的光电发射材料相比，NEA材料的禁带宽度一般比较宽，所以热电子不容易

35、发射，一般只有10-16A/cm2。,EA电子亲和势,当负电子亲和势光电阴极受光照时，被激发的的电子在导带内很快热化(约10-12s)并落入导带底(寿命达10-9s)。,这一点对提高光电成象器件的分辨力有很大意义。,所发射光电子的能量基本上都等于导带底的能量。,热化电子很容易扩散到空间电荷区并漂移到能带弯曲的表面，然后发射出去。,在充气光电管中，光电阴极产生的光电子在加速向阳极运动中与气体原子碰撞而使后者发生电离，电离产生的新电子数倍于原光电子，因此在电路内形成数倍于真空光电管的光电流。,真空光电管的工作原理,当入射的光线从光窗照射到光电阴极上时，后者就发射光电子，光电子在电场的作用下被加速，并被阳极收集，形成的光电流的大小主要由阴极灵敏度和光照强度等决定。,返回,