《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(dāng)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(diǎn)：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(qiáng)度相當(dāng)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(dá)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(dá)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(dá)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(fù)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?fù)值。主要是第III-V族元素化合物，這種材料稱作負(fù)電子親和勢光電陰極材料。具有以下特點(diǎn)：量子效率高；光譜響應(yīng)率均勻；熱電子發(fā)射?。还怆娮拥哪芰考?。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(fù)極。1、真空型光電管的工作原理當(dāng)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(yùn)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(qiáng)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(yùn)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(lán)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(dá)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(qiáng)電流和較高的溫度（150℃）。2.電子倍增系統(tǒng)銅-