光电倍增管基础知识

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光电倍增管的工作原理

  阴极在光照下发射出光电子,光电子受到电极间电场作用获得较大能量打在倍增电极上,产生二次电子发射,经过多极倍增的光电子到达阳极被收集而形成阳极电流,随光信号的变化。在倍增极不变的条件下,阳极电流随光信号变化。

  

光电倍增管的结构

  光电倍增管的阴极一般都采用具有低逸出功能的碱金属材料所形成的光电发射面。光电倍增管的窗材料通常由硼硅玻璃、透紫玻璃(UV玻璃)、合成石英 玻璃和氟化镁(或镁氟化物)玻璃制成。硼硅玻璃窗材料可以透过近红外至300nm垢可见入射光,而其它3 种玻璃材料则可用于对紫外区不可见光的探测。光电倍管的工作过程光电倍增管主要由光阴极K、倍增极D和阳极A组成 光电倍管的工作过程当有光子入射到光阴极K上,只要光子的能量大于光阴极材料的脱出功,就会有电子从 阴极的表面逸出而成为光电子.在K和D1之间 的电场作用下,光电子被加速后轰击**倍增极D1,从而使D1产生二次电子发射.每一个电子的轰击约可产生3~5个二次电子,这样就 实现了电子数目的放大.D1产生的二次电子被 D2和D1之间的电场加速后轰击D2,…….这样的过程一直持续到****倍增极Dn

  

光电倍增管常用的光阴极材料

  光电倍增管的阴极一般是具有低逸出功的碱金属材料形成的光电发射面。常用的阴极材料有以下几种:

  1) Ag-O-Cs

  用此材料的透过型阴极具有典型的S-1谱,即具有从可见到红外(300-1200nm)的谱响应。因为Ag-O-Cs阴极有较高的热电子发射(请参考阳极暗电流章节),所以这种光电倍增管一般要在制冷器中工作,用于近红外区的光探测。

  2) GaAs(Cs)

  掺入活性Cs的GaAs材料也可以用作光阴极。这种光阴极比多碱光阴极复盖更宽的光谱范围,可以从近紫外到930nm,并且响应曲线在300-850nm范围内较为平直。

  3) InGaAs(Cs)

  这种阴极材料比GaAs在红外区有了较大的扩展,可以达到900 -1000nm,比Ag-O-Cs阴极有更高的信噪比。

  4) Sb-Cs

  这是一种具有在紫外和可见光范围光谱响应的广泛应用的光阴极材料。主要应用在反射式光阴极上,不太适合于透过式光阴极。

  5) 双碱材料(Sb-Rb-Cs)(Sb-K-Cs)

  这些材料与Sb-Cs材料具有相似的光谱响应特性,但比Sb-Cs材料具有更高的灵敏度和更低的噪声。透过式双碱材料光阴极更具有与NaI(Tl)闪烁晶体匹配的良好的灵敏度光谱特性,所以这种光电倍增管常用于放射性领域中的闪烁探测工作。

  6) 高温双碱和低噪声双碱材料(Na-K-Sb)

  这种材料因为可以工作在高达175℃,所以常用于高温环境场合,比如石油测井行业等。在室温下,这种阴极材料具有很低的暗电流,在光子计数应用方面较为理想。

  7) 多碱阴极(Na-K-Sb-Cs)

  多碱阴极在紫外到近红外区很宽的光谱范围内具有较高的灵敏度。所以常用于宽光谱范围的分光光度计。应用特殊的阴极制作方法可以将光谱响应范围扩展至930nm。

  8) Cs-Te,Cs-I

  这些材料的光谱响应范围在真空紫外和紫外线区,因为对可见光没有响应,所以也叫做日盲材料。Cs-Te材料光谱响应范围可以达到320nm,Cs-I材料也可达到200nm。

  

光电倍增管使用的窗材料

  光电倍增管一般使用以下窗材料:

  1) 硼硅玻璃

  这是一种常用的玻璃材料,可以透过从近红外至300nm的入射光,但不适合于紫外区的探测。在一些应用中,常将双碱阴极与低本低硼硅玻璃(也称无钾玻璃)组合使用。无钾玻璃中只有极低含量的钾,其中的K40会造成暗计数。所以通常用于闪烁计数的光电倍增管不仅入射窗,而且玻璃侧管也使用无钾玻璃,就是为了降低暗计数。

  2) 透紫玻璃(UV玻璃)

  这种玻璃材料就象其名字所表达的那样,可以很好地透过紫外光,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。

  3) 合成石英

  合成石英可以将透过的紫外光波长延伸至160nm,并且在紫外区比熔融石英玻璃有更低的吸收。合成石英材料的膨胀系数与芯柱用玻璃的膨胀系数有很大差别,所以,用热膨胀系数渐变的封接材料与合成石英逐渐过渡。因此,此类光电倍增管的强度易受外界震动的破坏,使用中要采取足够的保护措施。

  4) 氟化镁(镁氟化物)

  该材料具有极好的紫外线透过性,但同时也有易潮解的不利因素。尽管如此,氟化镁仍以其接近115nm的紫外透过能力而成为一种实用的光窗材料。

  如上所述,光电倍增管的光谱响应特性同时取决于光阴极和光窗材料,这一点对选择适当的光电倍增管很重要。

  

光电倍增管的伏安特性

  1、阴极伏安特性:在入射到光电倍增管阴极面上的光通量一定时,阴极电流与阴极和**倍 增极之间的电压(称阴极电压)的关系曲线叫阴极伏安特性,经研究,在阴极电压较小时,阴极电流随着阴极电压的 增大而增加,直到阴极电压大于一定值后,阴极电流才趋向饱和,且与入射光 通量成线性关系。 伏安特性

  2、阳极伏安特性:在入射到光电倍增管阳极面上的光通量一定时,阳极电流与阳极和末级倍增极之间的电压(称阳极电压)的关系 曲线叫阳极伏安特性。性质同阴极伏安特性。

  

光电倍增管使用经验

  1,光电倍增管由于是手工打造,一致性不好是先天存在的,解决办法是要求原厂根据要求筛选,需要客户提供规格要求,我们可以根据客户要求进行挑选。

  2,有些客户是看到欧美仪器使用同型号的光电倍增管,因此,前期开发时,选用相同型号。这个是误区,老的仪器选的型号不一定是合适的,而且欧美要求和国内要求不同,相同的型号也不一定能用,很可能欧美客户已经要求挑选过。

  3,选用光电倍增管时**用端窗型,直径大写比较好(空间足够)。

  

光电倍增管如何减小暗流

  1、首先在选择的时候,就应该挑选暗电流比较小的光电倍增管,这个可以根据你测光的范围考虑。比如如果你要测的光的波长在可见光范围,那么就没必要选择宽光谱的(截止到900nm)光电倍增管,而只要选用截止到650nm的即可;

  2、第二个要注意的是光源的大小要和光电倍增管的窗口大小相适应,不要太大,也不要太小,这样可以增加信噪比。

  3、第三是使用方法,如果是测量极微弱光(10E-18瓦~10E-11瓦)则建议使用光子计数的方法来探测,这样可以大大增加信噪比,降低噪声;第四是温度影响,一般情况下你,建议使用在低温环境下,如能制冷,则效果更佳。