第5章光電發(fā)射器件ppt課件.ppt

《第5章光電發(fā)射器件ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第5章光電發(fā)射器件光電發(fā)射探測器是基于外光電效應(yīng)的器件，最典型的光電發(fā)射探測器是光電倍增管（PMT），本章主要介紹PMT的主要特性。使用要點、常用電路及選擇依據(jù)。5.1光電發(fā)射效應(yīng)當(dāng)光照射到某種物質(zhì)時，若入射的光子能量hv足夠大，它和物質(zhì)中的電子相互作用，致使電子逸出物質(zhì)表面，這種現(xiàn)象稱為光電發(fā)射效應(yīng)，又稱為外光電效應(yīng)。能產(chǎn)生光電發(fā)射效應(yīng)的物體，稱為光電發(fā)射體，在光電管中稱為光陰極。光電子發(fā)射過程包括以下幾個階段：（1）光電發(fā)射體中的電子吸收入射光光子能量后其能量增大；（2）受激電子（得到光子能量的電子）從發(fā)射體內(nèi)向真空

2、界面運動；（3）電子越過發(fā)射體表面勢壘向真空（或其它介質(zhì)）中逸出。但是電子從吸收光子能量到逸出發(fā)射體表面的時間是很短的，這個時間約為10-12s。光電發(fā)射基本定律斯托列托夫定律（光電發(fā)射第一定律）：當(dāng)入射輻射的光譜分布不變時，發(fā)射的飽和光電流I與入射的幅通量（或光強）Φ成正比：I=SKΦ愛因斯坦定理（光電發(fā)射第二定律）：發(fā)射的光電子的最大動能隨入射光子光頻率的增加而線性地增加，而與入射光地強度無關(guān)：一、光電發(fā)射材料分為三類：純金屬材料、表面吸附一層其它元素原子的金屬和半導(dǎo)體材料。光電發(fā)射材料應(yīng)具備的條件：1、光吸收系數(shù)大

3、；2、光電子在體內(nèi)傳輸過程中受到的能量的損失小，使其逸出深度大；3、表面勢壘低，使表面逸出幾率大。金屬不能作為光電發(fā)射材料原因：半導(dǎo)體作為光電發(fā)射材料；負(fù)親和勢光電陰極。(a)金屬光電子發(fā)射體(b)具有正電子親和勢的半導(dǎo)體光電子發(fā)射體(c)具有負(fù)電子親和勢的半導(dǎo)體光電子發(fā)射體（一）常用的經(jīng)典發(fā)射材料1、銀氧銫陰極兩個峰值：可見和紅外，量子效率低，暗電流大；2、銻銫陰極量子效率高，光譜響應(yīng)窄，對紅光和紅外不靈敏；3、多堿光電陰極（響應(yīng)度高）(1)銻鉀鈉陰極（2）銻鉀鈉銫陰極4、紫外光電陰極（碲化銫）（二）負(fù)電子親和勢材料表

4、面區(qū)域能帶彎曲，真空能級降到導(dǎo)帶之下，從而使有效的電子親和勢為負(fù)值。與經(jīng)典的光電發(fā)射材料的區(qū)別：參與發(fā)射的電子是導(dǎo)帶的“熱化”電子或稱“冷”電子；NEA陰極中導(dǎo)帶的電子逸出真空不需作功；NEA是指在半導(dǎo)體內(nèi)的有效值。NEA陰極的特點：5.2光電管光電管分為真空型和充氣型兩種。在抽成真空或充以惰性氣體的玻璃泡內(nèi)，設(shè)置陽極和對光敏感的陰極，就構(gòu)成了真空光電管和充氣光電管。5.3光電倍增管（PMT）光電倍增管把微弱入射光轉(zhuǎn)換成光電子，并獲得倍增的重要的真空光電發(fā)射器件。工作原理是建立在光電效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)的理論基礎(chǔ)

5、上的。（一）PMT的基本結(jié)構(gòu)與原理5.3.1光電倍增管的結(jié)構(gòu)光電倍增管主要由光入射窗口、光電陰極、電子光學(xué)輸入系統(tǒng)、二次發(fā)射倍增系統(tǒng)及陽極組成。側(cè)窗式：一般使用反射式光電陰極，大多數(shù)用于分光光度和光度測量中。端窗式：光電陰極沉積在入射窗的內(nèi)側(cè)面。為了使各處的靈敏度一致，陰極面做成半球狀。電子光學(xué)輸入系統(tǒng)主要起兩方面作用：一是使光電陰極發(fā)射的光電子盡可能全部會聚到第一倍增極上，而將其他部分的雜散熱電子散射掉，提高信噪比；二是使陰極面上各處發(fā)射的光電子在電子光學(xué)系統(tǒng)中渡越的時間盡可能相等，以保證光電倍增管的快速響應(yīng)。倍增系統(tǒng)

6、必須有高的倍增效益，增益A由下式?jīng)Q定：5.3.2PMT的基本特性參數(shù)1.靈敏度光譜響應(yīng)度陰極靈敏度陽極靈敏度2.放大倍數(shù)（電流增益）ε0為第一倍增極對陰極的電子收集效率，即光學(xué)系統(tǒng)的收集率；ε為倍增極間的傳遞效率；σ為次級發(fā)射系統(tǒng)的平均值；n為倍增極的級數(shù)。3.暗電流Id光電陰極和第一倍增極的熱電子發(fā)射；極間漏電流；離子和光的反饋作用；場致發(fā)射；放射性同位素和宇宙射線的影響減少暗電流的方法：直流補償、選頻、鎖相放大、制冷、電磁屏蔽和磁場散焦。在低電壓時，暗電流由漏電流決定；電壓較高時，主要是熱電子發(fā)射；電壓再高，則導(dǎo)致場

7、致發(fā)射和殘余氣體離子發(fā)射，使暗電流急劇增加，甚至可能發(fā)生自持放電。暗電流的補償方法：1、直流補償2、選頻和鎖相放大3、致冷4、電磁屏蔽5、磁場散焦4.PMT的噪聲（散粒噪聲、閃爍噪聲。熱噪聲）5.時間特性和頻率響應(yīng)6.線性度：不僅與PMT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，很大程度上取決于外部的高電壓供電電路及信號輸出電路。7、穩(wěn)定性（靈敏度的慢漂移，滯后效應(yīng)）8、最小可探測功率（NEP）9、伏安特性10、磁場特性11、空間均勻性(一些電子偏離設(shè)計軌道、加漫射器）12、偏振效應(yīng)慢漂移主要是由于最后幾級倍增極在大量電子轟擊下受損，引起二次發(fā)射

8、系數(shù)變化。主要取決于陽極電流的大小。在PMT加上高壓或開始光照的短時間內(nèi)，陽極輸出電流存在短暫的不穩(wěn)定，電流可能比穩(wěn)定值大，也可能小。5.3.3PMT的供電和信號輸出電路一、高壓供電1、供電電壓的極性（陽極接地、陰極接地）2、線性供電方式（1）直流信號（2）脈沖信號3、高壓電源二、信號輸出1、負(fù)載電阻輸出2、運放輸出