光电倍增管原理讲课稿.ppt

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1、光电技术光电技术(jsh)基础基础光电倍增光电倍增(bizn)管管第一页，共40页。1、光电发射、光电发射(fsh)和二次电子和二次电子发射发射(fsh)光电发射及其基本定律；光电发射及其基本定律；二次电子发射；二次电子发射；倍增倍增(bizn)极相关知识；极相关知识；光电管光电管第二页，共40页。2、真空、真空(zhnkng)、充气光电、充气光电管比较管比较真空光电管真空光电管充气光电管充气光电管优优点点1.光电阴极面积大，暗电流小；光电阴极面积大，暗电流小；光照灵敏度高光照灵敏度高2.驰豫过程小。驰豫过程小。缺缺点点1.灵敏度低灵敏度低；1.稳定性差；稳定性差；2.体积大；体积大；2.线性

2、度差；线性度差；3.玻璃体，易碎。玻璃体，易碎。4.和放大器配合使用受限和放大器配合使用受限3.噪声大；噪声大；4.响应时间长响应时间长第三页，共40页。3、光电倍增、光电倍增(bizn)管管(PMT)利用利用(lyng)外光电效应和二次电子发射外光电效应和二次电子发射相结合即相结合即把微弱的光输入转化为光电子，并把微弱的光输入转化为光电子，并使光电子获得倍增的一种光电探测器件。使光电子获得倍增的一种光电探测器件。第四页，共40页。4、光电倍增、光电倍增(bizn)管优缺点管优缺点放大倍数很高，用于探测微弱放大倍数很高，用于探测微弱(wiru)信号；信号；光电特性的线性关系好光电特性的线性关系

3、好；工作频率高工作频率高；性能稳定，使用方便性能稳定，使用方便；供电电压高；供电电压高；玻璃外壳，抗震性差；玻璃外壳，抗震性差；价格昂贵，体积大；价格昂贵，体积大；第五页，共40页。光电倍增光电倍增(bizn)管管第六页，共40页。一、光电倍增管组成一、光电倍增管组成(zchn)及工作原理及工作原理光电倍增管组成光电倍增管组成(zchn)光窗（光窗（Inputwindow)光电阴极光电阴极(Photocathode)电子光学系统电子光学系统电子倍增系统电子倍增系统(Dynodes)阳极阳极(Anode)第七页，共40页。第八页，共40页。光电倍增光电倍增(bizn)管组成管组成第九页，共40页

4、。（1）光电倍增管工作）光电倍增管工作(gngzu)原理原理光电倍增管（光电倍增管（PMT）是利用外光电效应制）是利用外光电效应制成的一种成的一种(yzhn)光电探测器件。其光电光电探测器件。其光电转换分为光电发射和电子倍增两个过程。其转换分为光电发射和电子倍增两个过程。其工作原理如下图示。工作原理如下图示。、第十页，共40页。（2）光电倍增）光电倍增(bizn)管工作管工作原理原理原理图原理图第十一页，共40页。（3）光电倍增）光电倍增(bizn)管工管工作过程作过程第十二页，共40页。（4）供电）供电(ndin)原理图原理图原理图原理图第十三页，共40页。（4）供电）供电(ndin)原理图

5、原理图第十四页，共40页。二、光电倍增二、光电倍增(bizn)管分类管分类1.按进光方式按进光方式(fngsh)：A侧窗式侧窗式B端窗式；端窗式；第十五页，共40页。2.电极工作方式：电极工作方式：A透射透射(tush)式式B反反射式；射式；3.倍增极数目：倍增极数目：A单极单极B多极；多极；4.倍增极系统结构：倍增极系统结构：A盒状盒状B圆笼式圆笼式C百叶窗式百叶窗式D直线瓦片式；直线瓦片式；5.光电阴极材料：光电阴极材料：CsSb、Ag-O-Cs、碱、碱第十六页，共40页。三、光电倍增管具体三、光电倍增管具体(jt)结构结构1、光电阴极、光电阴极(Photocathode)把光电发射体镀在

6、金属或透明材把光电发射体镀在金属或透明材料（玻璃料（玻璃(bl)或石英玻璃或石英玻璃(bl)）上就制）上就制成了光电阴极。成了光电阴极。（1）结构）结构第十七页，共40页。（2）常用材料：）常用材料：Ag-O-Cs：近红外唯一具有使用价值：近红外唯一具有使用价值(jizh)的阴极材料；的阴极材料；CsSb：可见、紫外区有较高的响应率：可见、紫外区有较高的响应率;多碱光电阴极（双、三、四碱）；多碱光电阴极（双、三、四碱）；第十八页，共40页。光电倍增管具体光电倍增管具体(jt)结构结构2、电子光学系统、电子光学系统是指光电阴极至第一倍增极之是指光电阴极至第一倍增极之间的区域。间的区域。电子光学系

7、统在结构上主要由聚焦电极电子光学系统在结构上主要由聚焦电极(dinj)和偏转电极和偏转电极(dinj)组成组成第十九页，共40页。对电子光学系统对电子光学系统(xtng)要求要求要求：要求：（1）使光电阴极发射的光电子尽可能多的会）使光电阴极发射的光电子尽可能多的会聚到第一倍增极的有效区域内；聚到第一倍增极的有效区域内；（2）光电阴极各部分发射的）光电阴极各部分发射的光电子到达光电子到达(dod)第一倍增极所第一倍增极所经历的时间尽可能一致。经历的时间尽可能一致。第二十页，共40页。3、倍增、倍增(bizn)系统系统（Dynodes）倍增倍增(bizn)系统：是指由各倍增系统：是指由各倍增(b

8、izn)极构成的综合系统，各倍增极构成的综合系统，各倍增(bizn)极都是由二次电子发射体构成。极都是由二次电子发射体构成。要求：二次电子发射系数要大要求：二次电子发射系数要大倍增倍增(bizn)极分类：极分类：非聚焦型非聚焦型只加速只加速聚聚焦焦型型加速聚焦加速聚焦第二十一页，共40页。各种倍增各种倍增(bizn)极的结构形式极的结构形式a)百叶窗式百叶窗式b)盒栅式盒栅式c)直瓦片直瓦片(wpin)式式d)圆瓦圆瓦片片(wpin)式式第二十二页，共40页。倍增倍增(bizn)系统分类系统分类百叶百叶窗式窗式百叶窗式百叶窗式第二十三页，共40页。倍增倍增(bizn)系统分类系统分类盒栅盒栅式

9、式盒栅式盒栅式 第二十四页，共40页。倍增倍增(bizn)系统分类系统分类直线直线瓦片式瓦片式直线直线(zhxin)瓦片式瓦片式第二十五页，共40页。倍增倍增(bizn)系统分类系统分类鼠笼鼠笼式式鼠笼式鼠笼式第二十六页，共40页。倍倍 增增 极极结构形式结构形式特特 点点聚聚焦焦型型直瓦直瓦片式片式极间电子渡越时间零散小，但绝缘支架可极间电子渡越时间零散小，但绝缘支架可能能积累电荷积累电荷而影响电子光学系统的稳定性而影响电子光学系统的稳定性圆瓦圆瓦片式片式结构紧凑，体积小，但结构紧凑，体积小，但灵敏度灵敏度的均匀性差的均匀性差些。些。非非聚聚焦焦型型百叶百叶窗式窗式工作面积大，与大面积光电阴

10、极配合可制工作面积大，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，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，有的电子可能越级穿过，收集率较低，渡收集率较低，渡越时间零散较大越时间零散较大。盒栅盒栅式式收集率较高（可达收集率较高（可达95%），结构紧凑，但），结构紧凑，但极间电子极间电子渡越时间零散较大渡越时间零散较大。第二十七页，共40页。4、阳极、阳极(yngj)阳极是采用金属网作的栅网状结构，把它置阳极是采用金属网作的栅网状结构，把它置于靠近最末一级倍增于靠近最末一级倍增(bizn)极附近，用极附近，用来收集最末一级倍增来收集最末一级倍增(bizn)极发射出

11、来极发射出来的电子。的电子。阳极结构示意图阳极结构示意图第二十八页，共40页。要求：要求：接收性能良好，尽可能多的收集电子接收性能良好，尽可能多的收集电子(dinz)，工作在较大电流时，不至于产生，工作在较大电流时，不至于产生空间电荷效应。空间电荷效应。输出电容要小输出电容要小第二十九页，共40页。光电倍增管的主要参量光电倍增管的主要参量(cnling)与特性与特性光电倍增管的主要参量与特性是区分管子质光电倍增管的主要参量与特性是区分管子质量好坏的基本依据。量好坏的基本依据。基本参数（静态参数）基本参数（静态参数）应用参数（动态参数）应用参数（动态参数）运行运行(ynxng)特性（例行特性）特

12、性（例行特性）第三十页，共40页。光电倍增管使用注意光电倍增管使用注意(zhy)要点要点不宜用强光，容易引起疲劳不宜用强光，容易引起疲劳额定额定(dng)电压和电流内工作电压和电流内工作入射光斑尺寸和管子的有效阴极面尺寸向对应入射光斑尺寸和管子的有效阴极面尺寸向对应电场屏蔽和磁屏蔽电场屏蔽和磁屏蔽测交变光时，负载电阻不宜过大测交变光时，负载电阻不宜过大第三十一页，共40页。光电倍增管应用光电倍增管应用(yngyng)中注意的几中注意的几个问题个问题:（一）光电倍增管型号的选择：（一）光电倍增管型号的选择：（二）对高压电源的考虑：（二）对高压电源的考虑：（1）负高压电源）负高压电源（2）正高压电

13、源）正高压电源（3）倍增极为）倍增极为(jwi)信号输出极信号输出极第三十二页，共40页。（三）分压器的设计原则：（三）分压器的设计原则：（1）阴极与第一）阴极与第一(dy)倍增极间倍增极间（2）中间倍增极）中间倍增极（3）末级倍增极）末级倍增极第三十三页，共40页。几种几种(jzhn)新型的光电倍增新型的光电倍增管管（1）MCP倍增器多阳极倍增器多阳极(yngj)倍增管：倍增管：（2）最小的超小型光电倍增管）最小的超小型光电倍增管第三十四页，共40页。第三十五页，共40页。第三十六页，共40页。第三十七页，共40页。小结小结(xioji)光电倍增管优缺点光电倍增管优缺点光电倍增管组成及工作原理光电倍增管组成及工作原理光电倍增管工作过程光电倍增管工作过程光电倍增管具体结构光电倍增管具体结构(jigu)光电倍增管使用注意要点光电倍增管使用注意要点光电倍增管应用中注意的几个问题光电倍增管应用中注意的几个问题几种新型的光电倍增管几种新型的光电倍增管第三十八页，共40页。随堂小测试随堂小测试(csh)试推导公式：试推导公式：在光电倍增管供电原理图中，为什么要在最后在光电倍增管供电原理图中，为什么要在最后(zuhu)几级分压电阻上并联电容器？（图见下一页）几级分压电阻上并联电容器？（图见下一页）第三十九页，共40页。第四十页，共40页。