3-2-2光电子发射探测器.ppt

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1、3.2.3光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的主要特性参数一、灵敏度灵敏度是衡量光电倍增管探测光信号能力的一个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。重要参数。光谱响应阴极灵敏度阳极灵敏度光谱响应阴极灵敏度阳极灵敏度11.阴极光照灵敏度：阴极光照灵敏度：阴极输出光电流Ik与入射到光电阴极面上的光通量之比GV+HVEA10-510-2lm22.阳极光照灵敏度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电流与入射光通量的比值GVHVEA10-1010-6lm3二、放大倍数二、放大倍数(增益增益)电流增益就是光电倍增管的阳极输出电流与阴极光电电流增益就是光电倍

2、增管的阳极输出电流与阴极光电子电流的比值。子电流的比值。在理想情况下，具有在理想情况下，具有n n个倍增极，每个倍增极的平均个倍增极，每个倍增极的平均二次电子发射率为二次电子发射率为 的光电倍增管的电流增益为的光电倍增管的电流增益为 n n。二次电子发射率二次电子发射率 由下式给出：由下式给出：这里的这里的C为一常数，为一常数，V为极间电压，为极间电压，为一由倍增极材料及其几为一由倍增极材料及其几何结构决定的系数，何结构决定的系数，的数值一般介于的数值一般介于0.7和和0.8之间。之间。4如果光电倍增有如果光电倍增有n级倍增级，那么光电阴极发射级倍增级，那么光电阴极发射的光电流经过各级倍增极倍

3、增后，从阳极输出的的光电流经过各级倍增极倍增后，从阳极输出的电流电流:f为第一倍增极对阴极的收集率；为第一倍增极对阴极的收集率；g g.g n 倍增极的电子收集率倍增极的电子收集率 1 2 n倍增极二次电子发射系数倍增极二次电子发射系数5如果各倍增极的电子收集率和二次电子发射系数相等，那么光电倍增管的放大倍数6三、暗电流三、暗电流暗暗电流是指在电流是指在施加规定的电压施加规定的电压后，在后，在无光照无光照情况情况下测定的阳极电流。下测定的阳极电流。暗电流决定光电倍增管的极限灵敏度暗电流决定光电倍增管的极限灵敏度暗暗电电流流组组成成热电子发射热电子发射极间极间漏电流漏电流残余气体的离子发射残余气

4、体的离子发射玻璃闪烁玻璃闪烁场致场致发射发射减小暗电流的方法减小暗电流的方法致冷、直流补偿、选频和锁相放大、电磁屏蔽法等。致冷、直流补偿、选频和锁相放大、电磁屏蔽法等。7四、噪声四、噪声主要噪声：主要噪声：散粒噪声散粒噪声、闪烁噪声、电阻热噪声闪烁噪声、电阻热噪声如果只有阴极产生散粒噪声，阳极噪声电流为：如果只有阴极产生散粒噪声，阳极噪声电流为：如果倍增系数相等，阳极噪声电流为：如果倍增系数相等，阳极噪声电流为：8五、伏安特性五、伏安特性.阴极伏安特性阴极伏安特性当当入射光通量一定时，阴极光电流与阴入射光通量一定时，阴极光电流与阴极和第一倍增极之间的电压关系。极和第一倍增极之间的电压关系。Ik

5、(nA)312Vk(V)92.阳极伏安特性阳极伏安特性当当入射光通量一定时，阳极光电流与最后入射光通量一定时，阳极光电流与最后一级倍增极和阳极之间的电压关系一级倍增极和阳极之间的电压关系IA(uA)312VA(V)10六、光电特性与线性六、光电特性与线性造成非线性的原因造成非线性的原因:(1)内因内因空间电荷、光电阴极的电阻率、空间电荷、光电阴极的电阻率、聚集或收集率的变化；聚集或收集率的变化；(2)外因外因由于信号电流造成负载电阻的负由于信号电流造成负载电阻的负 反馈和电压的再分配。反馈和电压的再分配。11七、稳定性七、稳定性稳定性是稳定性是指阳极电流随工作时间的变化指阳极电流随工作时间的变

6、化，它在闪，它在闪烁记数和光度测量中显得很重要。烁记数和光度测量中显得很重要。八、响应时间八、响应时间：入射光变化与输出电信号的变化的关系。入射光变化与输出电信号的变化的关系。1.上升时间上升时间 2.渡越时间渡越时间九、磁场特性九、磁场特性磁场变化时，光电子运动轨迹的偏移。磁场变化时，光电子运动轨迹的偏移。123.2.4 3.2.4 光电倍增管的供电电路光电倍增管的供电电路.供电电压的极性供电电压的极性阳极接地负高压供电阳极接地负高压供电：阳极信号输出方便，阳极信号输出方便，可以直流输出。但由于阴极屏蔽困难，阳可以直流输出。但由于阴极屏蔽困难，阳极输出暗电流和噪声较大。极输出暗电流和噪声较大

7、。GKPR1R2R3R4R5R7R613GKPR1R2R3R4R5R7R6阴极接地的正高压供电阴极接地的正高压供电：阳极信号输出阳极信号输出必须通过耐高压、噪声小的隔直流电容必须通过耐高压、噪声小的隔直流电容器，因此只能输出交流信号。但可以得器，因此只能输出交流信号。但可以得到较低的暗电流和噪声。到较低的暗电流和噪声。142.分压电阻的确定分压电阻的确定3.并联电容的确定并联电容的确定154.电压稳定性的要求电压稳定性的要求锑化铯阴极银镁阴极163.2.5 光电倍增管的应用光电倍增管的应用一、光谱学光谱学-利用光吸收原理利用光吸收原理1.1.紫外紫外/可见可见/近红外分光光度计近红外分光光度计

8、光通过物质时使物质的电子状态发生变化，而失去部分能量，称为吸收。利用吸收进行定量分析:为确定样品物质的量，采用连续的光谱对物质进行扫描，并利用光电倍增管检测光通过被测物质前后的强度，即可得到被测物质吸收程度，计算出物质的量。172.2.原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计广泛地应用于微量金属元素的分析。对应于分析的各种元素，需要专用的元素灯，照射燃烧并雾化分离成原子状态的被测物质上，用光电倍增管检测光被吸收的强度，并与预先得到的标准样品比较。18二、利用发光原理二、利用发光原理.发光分光光度计发光分光光度计样品接受外部照射光的能量会产生发光，利用单色器将这种光的特征光谱线显示出来，用光电倍增管

9、探测出特征光谱线是否存在及其强度。这种方法可以迅速地定性或定量地检查出样品中的元素。19.荧光分光光度计荧光分光光度计荧光分光光度计依据生物化学，特别是分子生物学原理。物质受到光照射，发射长波的发光，这种光称为荧光。用光电倍增管检测荧光的强度及光谱特性，可以定性或定量地分析样品成份。3.3.拉曼分光光度计拉曼分光光度计用单色光照射物质后被散乱，这种散乱光中，只有物质特有量的不同波长光混合在里面。这种散乱光（拉曼光）进行分光测定，对物质进行定性定量的分析。由于拉曼发光极其微弱，因此检测工作需要复杂的光路系统，并且采用单光子计数法。20三、质量光谱学与固体表面分析三、质量光谱学与固体表面分析固体表

10、面分析固体表面的成分和结构，可以用极细的电子、离子、光或X射线的束流，入射到物质表面，对表面发出的电子、离子、X射线等进行测定来分析。这种技术在半导体工业领域被用于半导体的检查中，如缺陷、表面分析、吸附等。电子、离子、X射线一般采用电子倍增器或MCP来测定。21四、环境监测四、环境监测 尘埃粒子计数器尘埃粒子计数器尘埃粒子计数器检测大气或室内环境中悬浮的粉尘或粒子的密度。它利用了尘埃粒子对光的散乱或射线的吸收原理。浊度计浊度计当液体中有悬浮粒子时，入射光会粒子被吸收、折射。对人的眼睛来看是模糊的，而浊度计正是利用了光的透过折射和散射原理，并用数据来表示的装置。22五、生物技术五、生物技术细胞分

11、类细胞分类细胞分类仪是利用荧光物质对细胞标定后，用激光照射，细胞的荧光、散乱光用光电倍增管进行观察，对特定的细胞进行选别的装置荧光计荧光计细胞分类的最终目的是分离细胞，为此，有一种用于对细胞、化学物质进行解析的装置，它称为荧光计。它对细胞、染色体发出的荧光、散乱光的荧光光谱、量子效率、偏光、寿命等进行测定。23六、医疗应用六、医疗应用相机相机将放射性同位素标定试剂注入病人体内，通过相机可以得到断层图象，来判别病灶。从闪烁扫描器开始，经逐步改良，相机的性能得到快速的发展。光电倍增管通过光导和大面积NaI（Tl）组合成探测器正电子正电子CT放射线同位素（C11、O15、N18、F18等）标识的试剂

12、投入病人体内，发射出的正电子同体内结合时，放出淬灭线，用光电倍增管进行计数，用计算机作成体内正电子同位素分布的断层画面，这种装置称为正电子CT。24液体闪烁计数液体闪烁计数液体闪烁计数应用于年代分析和生物化学等领域。将含有放射性同位素物质溶于有机闪烁体内，并置于两个光电倍增管之间，两个光电倍增管同时检测有机闪烁体的发光。临床检查临床检查通过对血液、尿液中微量的胰岛素、激素、残留药物及病毒等对于抗原、抗体的作用特性，进行临床身体检查、诊断治疗效果等。光电倍增管对被同位素、酶、荧光、化学发光、生物发光物质等标识的抗原体的量进行化学测定。25七、射线测定七、射线测定区域检测仪区域检测仪可以连续地检测

13、环境辐射水平。它采用光电倍增管与闪烁体组合的方式，完成对低水平的射线和射线的检测。射线测量仪射线测量仪射线测量仪采用光电倍增管与闪烁体组合的方式完成对低水平的射线和射线的检测。26八、资源调查八、资源调查石油测井应用石油测井应用石油测井中用以确定石油沉积位置以及储量等。内藏放射源、光电倍增管和闪烁体的探头进入井中，分析放射源被散射的以及地质结构中的自然射线，判断油井周围的地层类型及密度27九、工业计测九、工业计测 厚度计厚度计工业生产中的诸如纸张、塑料、钢材等的厚度检测，可以通过包括放射源、光电倍增管和闪烁体的设备来实现。对于低密度物质，比如橡胶、塑料、纸张等，采用射线源；诸如钢板等的高密度物

14、质则使用射线。（在电镀、蒸发控制等处，镀膜的厚度可使用X射线荧光光度计）半导体检查系统半导体检查系统广泛地应用于半导体芯片的缺陷检查、掩膜错位等。芯片的缺陷检查装置中用光电倍增管检测芯片被激光照射后，尘埃、污染、缺陷等产生的散乱光。28十、摄影印刷十、摄影印刷彩色扫描彩色扫描彩色图片或照片进行印刷时，需要将其颜色进行分色扫描。分色是用光电倍增管和滤光片，把彩色分解成三原色（红、绿、兰）和黑色，作为图象数据读出。29十一、高能物理十一、高能物理-加速器实验加速器实验辐射计数器辐射计数器在2层正交排列的细长塑料晶体的端部，配置光电倍增管，测量带电粒子通过的位置和时间。契伦柯夫计数器契伦柯夫计数器这

15、是用于粒子撞击反应时产生的二次粒子识别的装置。二次粒子通过诸如气体这种介质时，具有一定能量的电荷粒子会发出契伦柯夫光，测定这种光的发射角度，可以识别电荷粒子。30十二、中微子、正电子衰变实验，宇宙线检测十二、中微子、正电子衰变实验，宇宙线检测中微子实验中微子实验这种实验用于研究太阳中微子、宇宙线粒子物理学。用于发生契伦柯夫光的大量介质。在其周围配置很多大直径光电倍增管，当中微子等的宇宙射线同介质发生相互作用，就会产生契伦柯夫光。光电倍增管探测到契伦柯夫光，可以解析粒子的飞来方向、能量等。31空气浴计数器空气浴计数器宇宙线与地球大气撞击时，同大气原子发生作用，生成二次粒子，并进一步生成三次粒子。

16、这样地增加下去，称作空气浴。这种空气浴产生的线、契伦柯夫光，由在地面上排列成格子状的许多光电倍增管来探测。十三、宇宙十三、宇宙天体天体X线探测线探测来自宇宙的X线中，含有很多揭开宇宙之谜的信息。ISAS集团发射了探测超新星发出的天体X线的“阿斯卡”卫星，其中使用的探测器就是位置灵敏光电倍增管和气体正比计数管的组合体。32恒星及星际尘埃散乱光的测定恒星及星际尘埃散乱光的测定来自宇宙的紫外线有许多与天体表面温度、星际物质有关的信息。但是，地球大气层阻止了紫外线到达地球表面，所以，在地面上不能加以测量。因此，用发射火箭的方法，在火箭上搭载装置，探测300nm以下的紫外线。激光雷达激光雷达激光雷达用于

17、高精度测距、大气观测等。十四、激光十四、激光33荧光寿命测定荧光寿命测定把激光作为激励光源，测定样品荧光强度的时间变化，用来研究样品的分子结构。十五、等离子体十五、等离子体等离子体探测等离子体探测托克马克核聚变实验中的等离子电子密度、电子温度测量系统中，使用光电倍增管用来计测等离子中的杂质。34CR129光电倍增管参数光电倍增管参数光谱响应范围光谱响应范围300650nm(S-4)最大响应波长最大响应波长420nm 光阴极（不透明）光阴极（不透明）锑铯光阴极锑铯光阴极阴极最小有效尺阴极最小有效尺寸寸46mm侧筒及窗材料侧筒及窗材料无钾硼硅玻璃无钾硼硅玻璃倍增系统结构倍增系统结构盒栅型盒栅型(10级级)阳极脉冲上升时阳极脉冲上升时间间7.0ns电子渡越时间电子渡越时间70ns适用管座适用管座E678-15B重量重量125133克克35阳极与阴极间的电压阳极与阴极间的电压1250Vdc阳极与第十倍增极间阳极与第十倍增极间的电压的电压250Vdc平均阴极电流平均阴极电流50nA平均阳极电流平均阳极电流0.1mA环境温度范围环境温度范围-30+50C 极限工作条件绝对最大值极限工作条件绝对最大值:36