光电倍增管的主要部件包括哪些.docx

光电倍增管的主要部件包括哪些 1.光电倍增管的基本原理和构造有哪些 光电倍增管由入射窗、光电阴极、电子光学输入系统、倍增系统、阳极等部分组成 它的工作原理是建立在光电效应、二次电子发射和电子光学的理论根底上它的工作过程是光子入射到光阴极上产生光电子，光电子通过电子光学系统（聚焦系统），进入倍增系统，电子得到倍增，通过阳极把电子收集起来，形成阳极电流或电压输出 光电倍增管典型构造如图4-3-1所示光电倍增管通常分为端窗式（Head-on）和侧窗式（ Side-on ）两大类型，如图4-3-2所示 端窗式光电倍增管是通过管壳顶部承受入射光，其对应的阴极构造形式通常为透射式（半透明）光阴极，在石油测井中通常使用这种类型光电倍增管侧窗式光电倍增管是通过管壳侧面承受入射光，其对应的阴极构造形式通常是反射式（不透明）光阴极 在石油测井中比较感兴趣的是来自地层的γ射线，最不希望记录的是套管、水泥环、井内液体物质产生的γ射线为了减少这些物质产生的γ射线影响 可以做个试验，看看侧窗式光电倍增管在石油测井中（双探测器核测井仪器—短探测器—侧窗式光电倍增管）能否应用。

1）入射光窗 在光阴极的前面，是一层透明的玻璃入射光窗一般应用硼硅玻璃、透紫玻璃、合成石英玻璃、氟化镁晶体、蓝宝石等做成 每种玻璃有其对光子波长的透光率所以要根据所测量的光子波长，选择某种光窗材料的光电倍增管 由于40K是管子的噪源，入射光窗与管侧要同时使用无钾玻璃，就是为了降低暗计数（本底计数）几种光窗玻璃透光率曲线如图4-3-3所示 （2）光阴极光阴极是接收光而放出光电子的光电面 一般分为半透***电面（入射光和光电子运动同一方向）和不透***电面（入射光的方向与光电子运动方向相反）光阴极的材料多用低逸出功的碱金属为主的半导体化合物 近年来灵敏度更高，光谱范围更宽的Ⅲ—Ⅴ族化合物在使用中得到了广泛的发展截至目前，实用的光阴极材料达十种之多 高温双碱（Sb—K—Na）的光谱与碘化钠闪烁体的发光谱几乎一致，虽然灵敏度稍低，但它可耐175℃高温，所以常用于高温石油勘探此外，室温下高温双碱暗电流非常小，在光子计数应用方面也较为理想 表4-3-1列出几种光阴极的特性Cs—I、Cs—Te这两种阴极对阳光都不灵敏，所以叫作“日盲”，是真空紫外区专用的光电阴极材料。

如入射光窗采用MgFe或合成石英，其光谱的响应范围：对Cs—I是115~200nm，对Cs—Te是115~320nm3)电子光学输入系统 电子光学输入系统由光阴极和第一倍增极之间的电极构造以及所加电位组成，它使光电子尽可能多地聚焦在第一倍增极有效面积上在快速光电倍增管中，还要求电子光学输入系统使光电子渡越时间分散最小 （4）倍增系统二次电子发射倍增系统由若干倍增极组成 工作时各电极依次加上递增电位，二次电子在电场作用下不断得到倍增倍增极有环形聚焦型（C、C）、合栅型（B、G）、直线聚焦型、百叶窗型（V、B）、细网型（F、M）、微通道板型（M、CP）和金属通道型（M、C）等 每种倍增极由于它的构造、倍增极的级数等不同使得电流增益、时间响应、均匀性、二次电子收集效率特性等不同，因而应根据使用的场合、环境作出相应选择在石油测井中，过去使用的是直线聚焦型、百叶窗型、合栅型倍增极 在碳氧比能谱测井中有时遇到强磁场，影响γ射线能量谱的测量（谱形发生畸变）建议用细网型（F、M）光电倍增管做试验 因为细网型构造采用封闭的精细组合网状倍增极，几乎是平行电场加速光电子、二次电子，使其具有极强的耐磁性、一致性和输出大的脉冲电流的特性。

另外，当采用交叠阳极或多阳极输出情况下，还具有位置探测功能 对倍增极材料的要求：足够大的二次发射倍数，热电子发射小，工作稳定性好对高温光电倍增管还要求其倍增极高温性能好 表4-3-2列出各种倍增极的特性5）阳极是最后收集电子，并给出输出信号的电极 它与末级倍增极之间应该有最小的极间电容，允许有较大的电流密度因此，阳极往往做成栅网状 2.说***电倍增管的工作原理及主要的特性参数 当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子 这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出 因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声另外，光电倍增管还具有响应快速、成本低、阴极面积大等优点 基于外光电效应和二次电子发射效应的电子真空器件它利用二次电子发射使逸出的光电子倍增，获得远高于光电管的灵敏度，能测量微弱的光信号 光电倍增管包括阴极室和由若干打拿极组成的二次发射倍增系统两部分（见图）阴极室的构造与光阴极K的尺寸和形状有关，它的作用是把阴极在光照下由外光电效应（见光电式传感器）产生的电子聚焦在面积比光阴极小的第一打拿极D1的表面上。

二次发射倍增系统是最复杂的部分打拿极主要选择那些能在较小入射电子能量下有较高的灵敏度和二次发射系数的材料制成 常用的打拿极材料有锑化铯、氧化的银镁合金和氧化的铜铍合金等打拿极的形状应有利于将前一级发射的电子收集到下一极 在各打拿极 D1、D2、D3…和阳极A上依次加有逐渐增高的正电压，而且相邻两极之间的电压差应使二次发射系数大于1这样，光阴极发射的电子在D1电场的作用下以高速射向打拿极D1，产生更多的二次发射电子，于是这些电子又在D2电场的作用下向D2飞去 如此继续下去，每个光电子将激发成倍增加的二次发射电子，最后被阳极收集电子倍增系统有聚焦型和非聚焦型两类 聚焦型的打拿极把来自前一级的电子经倍增后聚焦到下一级去，两极之间可能发生电子束轨迹的交叉非聚焦型又分为圆环瓦片式（即鼠笼式）、直线瓦片式、盒栅式和百叶窗式 光电倍增管是依据光电子发射、二次电子发射和电子光学的原理制成的、透明真空壳体内装有特殊电极的器件光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电场（或磁场）加速，聚焦于第一次极 这些冲击次极的电子能使次极释放更多的电子，它们再被聚焦在第二次极。

这样，一般经十次以上倍增，放大倍数可到达108~1010 最后，在高电位的阳极收集到放大了的光电流输出电流和入射光子数成正比 整个过程时间约 10-8秒还有一种利用弯曲铅玻璃管自身内部的二次电子发射构成小巧的倍增管 光电倍增管在全暗条件下，加工作电压时也会输出微弱电流，称为暗流它主要来源于阴极热电子发射 光电倍增管有两个缺点：①灵敏度因强光照射或因照射时间过长而降低，停止照射后又部分地恢复，这种现象称为“疲乏”；②光阴极表面各点灵敏度不均匀 3.光谱仪的主要部件为哪几个部分 原理简介： 光电直读光谱仪为发射光谱仪，主要通过测量样品被激发时发出代表各元素的特征光谱光（发射光谱）的强度而对样品开展定量分析的仪器 目前无论国内还是国外的光电直读光谱仪，基本可按照功能分为4个模块，即： 1、激发系统：任务是通过各种方式使固态样品充分原子化，并放出各元素的发射光谱光 2、光学系统：对激发系统产生出的复杂光信号开展处理（整理、分离、筛选、捕捉） 3、测控系统：测量代表各元素的特征谱线强度，通过各种手段，将谱线的光强信号转化为电脑能够识别的数字电信号。

控制整个仪器正常运作 4、计算机中的软件数据处理系统：对电脑接收到的各通道的光强数据，开展各种算法运算，得到稳定，准确的样品含量 二、光电直读光谱仪4个模块的种类和特点： 1、激发系统： (1)高能预燃低压火花激发光源+高纯氩气激发气氛：采用高能预燃，大幅降低了样品组织构造对原子化结果的影响 (2)高压火花激发光源+高纯氩气激发气氛：采集光强不稳定 (3)低压火花激发光源+高纯氩气激发气氛：对同一样品光强稳定，但是对于样品组织构造对原子化的影响无能为力 (4)直流电弧激发光源+高纯氩气激发气氛：对样品中的痕量元素光谱分辨率和检出限有好效果 (5)数控激发光源+高纯氩气激发气氛：按照样品中各元素的光谱特性，把激发过程分为灵活可调的几个时间段，每段时间只针对某几个情况相近的元素给出最正确的激发状态开展激发，并仅采集这几个元素把各元素的激发状态按照试验情况开展分类讨论） 2、光学系统： (1)帕邢-龙格光学系统（固定光路，凹面光栅及排列在罗兰轨道上的固定出射狭缝阵列）：光学系统构造稳定，笨重，体积大 (2)中阶梯光栅交叉色散光学系统（采用双单色器交叉色散技术，到达了高级次同级的高分辨率，同时又用二次色散解决了光谱的级次重叠问题）：体积小，分辨率高，一般采集接固体成像系统。

3、测控系统： （一）测量系统： (1)光电倍增管+积分电路+模数转化电路：一般作为帕邢-龙格光学系统或C-T光学系统的光谱采集器，一个光电倍增管加上之后的电路只能采集一根谱线 的强度 (2)CCD/CID检测器+DSP：一般作为中阶梯光栅交叉色散光学系统的采集器，灵敏度略低于光电倍增管，但是可做全谱采集 （二）控制： (1)多层光电隔离的激发控制+光路控制+采集控制 (2)采用高抗干扰的通讯协议开展可又数据反应的高效率控制 4、计算机软件及数据处理系统： (1)内标法 (2)通过标准物质绘制曲线 (3)通过PDA技术筛选数据 (4)通过软件通道的测量数据开展背景、以及第三元素干扰的去干扰运算 (5)通过控制样品找回仪器的漂移量 4.光电倍增管的工作原理有哪些 光电倍增建立在外光电效应、二次电子发射和电子光学理论根底上，结合了高增益、低噪声、高频率响应和大信号接收区等特征，是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光敏电真空器件，可以工作在紫外、可见和近红外区的光谱区 日盲紫外光电倍增管对日盲紫外区以外的可见光、近紫外等光谱辐射不灵敏，具有噪声低（暗电流小于1nA）、响应快、接收面积大等特点。

光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中 它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率闪烁计数器的出现，扩大了光电倍增管的应用范围 激光检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收装置密切有关电视电影的发射和图象传送也离不开光电倍增管 光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、核工业、天文和宇宙空间研究等领域 第 10 页 共 10 页。