《光電發(fā)射器》PPT課件

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1、第4章光電發(fā)射器件4.1光電發(fā)射陰極4.2真空光電管和光電倍增管的原理4.3光電倍增管的基本特性4.4光電倍增管的供電電路4.5光電倍增管的典型應(yīng)用4.1光電發(fā)射陰極真空光電發(fā)射器件具有：極高的靈敏度、快速響應(yīng)。在微弱輻射的探測和快速弱輻射脈沖信息的捕捉等方面具有相當大的應(yīng)用領(lǐng)地。光電發(fā)射陰極是光電發(fā)射器件的重要部件。它的性能直接影響著整個光電發(fā)射器件的性能，為此，首先討論用于制造光電陰極的典型光電發(fā)射材料。結(jié)構(gòu)特點：有一個真空管；將輻射轉(zhuǎn)換為電信號，依靠的是能夠產(chǎn)生光電發(fā)射效應(yīng)的光電發(fā)射陰極。光電發(fā)射器件：基于外光電效應(yīng)

2、的光電轉(zhuǎn)換器件。4.1.1光電發(fā)射陰極的主要參數(shù)光電發(fā)射陰極的主要特性參數(shù)為靈敏度、量子效率、光譜響應(yīng)和暗電流等。1.靈敏度包括光譜靈敏度與積分靈敏度兩種。1)光譜靈敏度在單色（單一波長）輻射作用于光電陰極時，光電陰極輸出電流Ik與單色輻射通量φe,λ之比為光電陰極的光譜靈敏度Se,λ。其量綱為μA/W或A/W。Se,λ=IK/φe,λ2)積分靈敏度在某波長范圍內(nèi)的積分輻射作用于光電陰極時，光電陰極輸出電流Ik與入射輻射通量φe之比為光電陰極的積分靈敏度Se，量綱為mA/W或A/W。在可見光波長范圍內(nèi)的“白光”作用于光電陰

3、極時，光電陰極電流Ik與入射光通量φv之比為光電陰極的白光靈敏度Sv，量綱為mA/lm。Sv=2.量子效率在單色輻射作用于光電陰極時，光電陰極發(fā)射單位時間發(fā)射出去的光電子數(shù)Ne,λ,與入射的光子數(shù)之比為光電陰極的量子效率ηλ（或稱量子產(chǎn)額）。即量子效率和光譜靈敏度是一個物理量的兩種表示方法。它們之間的關(guān)系為（4-1）3.光譜響應(yīng)光電發(fā)射陰極的光譜靈敏度（或量子效率）隨入射輻射波長的變化曲線稱為光譜響應(yīng)。由材料決定。4.暗電流光電發(fā)射陰極中少數(shù)處于較高能級的電子在室溫下獲得了熱能產(chǎn)生熱電子發(fā)射，形成暗電流。光電發(fā)射陰極的暗電

4、流與材料的光電發(fā)射閾值有關(guān)。一般光電發(fā)射陰極的暗電流極低，其強度相當于10-16~10-18Acm-2的電流密度。4.1.2光電陰極材料1.單堿銻化物銻銫(Cs3Sb)光電陰極是最常用的、量子效率很高的光電陰極。峰值量子效率高達20%~30%。兩種或三種堿金屬與銻化合形成多堿銻化物光陰極。其量子效率峰值可高達30%。2.多堿銻化物3.銀氧銫銀氧銫(Ag-O-Cs)陰極是最早使用的光陰極。具有良好的可見和近紅外輻射響應(yīng)，光譜范圍從300nm到1200nm。銀氧銫使用溫度可達100℃，但暗電流較大，且隨溫度變化較快。4.紫外光

5、電陰極在某些應(yīng)用中，要求光電陰極材料只對所探測的紫外輻射靈敏，對可見光無響應(yīng)。通常稱為“日盲”型光電陰極材料，也稱紫外光電陰極材料。主要有碲化銫(CsTe)和碘化銫(Csl)兩種。長波限分別為0.32μm和0.2μm。5.負電子親合勢材料(NEA)它們的真空能級降到導(dǎo)帶之下，從而使有效的電子親和勢變?yōu)樨撝?。主要是第III-V族元素化合物，這種材料稱作負電子親和勢光電陰極材料。具有以下特點：量子效率高；光譜響應(yīng)率均勻；熱電子發(fā)射??；光電子的能量集中。4.2光電管與光電倍增管的工作原理4.2.1光電管的原理真空光電管主要由光電

6、陰極和陽極兩部分組成，因管內(nèi)常被抽成真空而稱為真空光電管。然而，有時為了使某種性能提高，在管殼內(nèi)也充入某些低壓惰性氣體形成充氣型的光電管。無論真空型還是充氣型均屬于光電發(fā)射型器件，稱為真空光電管或簡稱為光電管。其工作原理電路如圖4-2所示，在陰極和陽極之間加有一定的電壓，且陽極為正極，陰極為負極。1、真空型光電管的工作原理當入射光透過真空型光電管的入射窗照射到光電陰極面上時，光電子就從陰極發(fā)射出去，在陰極和陽極之間形成的電場作用下，光電子在極間作加速運動，被高電位的陽極收集。其光電流的大小主要由陰極靈敏度和入射輻射的強度決

7、定。2、充氣型光電管的工作原理光照生電子在電場的作用下運動，途中與惰性氣體原子碰撞而電離，電離又產(chǎn)生新的電子，它與光電子一起都被陽極收集，形成數(shù)倍于真空型光電管的光電流。4.2.2光電倍增管的原理光電倍增管（Photo-multipletube簡稱為PMT）是在光電管基礎(chǔ)上研制的一中光電發(fā)射器件。極大地提高了檢測靈敏度。主要由光入射窗、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、倍增極和陽極等部分組成。如圖4-3所示為光電倍增管原理示意圖。PMT的入射窗結(jié)構(gòu)：端窗式和側(cè)窗式兩種。材料：硼硅玻璃；透紫外玻璃；石英；藍寶石；MgF2等。主要考慮透

8、過率和短波限。1）倍增極材料銻化銫（CsSb）材料具有很好的二次電子發(fā)射功能，它可以在較低的電壓下產(chǎn)生較高的發(fā)射系數(shù)，電壓高于400V時的δ值可高達10倍。氧化的銀鎂合金材料也具有二次電子發(fā)射功能，它與銻化銫相比二次電子發(fā)射能力稍差些，但它可以工作在較強電流和較高的溫度（150℃）。2.電子倍增系統(tǒng)銅-