第3章光电子发射测器.ppt

光电信号检测光电信号检测第三章第三章 光电子发射探测器光电子发射探测器蠕硷系尽沥恍恳鼠蔚崔涣储芦特轰迟撕踊仰孪倡遏舞芦臣辐尸群羌踞瞄湾第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器ØØ光电子发射探测器光电子发射探测器光电子发射探测器光电子发射探测器是基于外光电效应的光电探测器，也称为是基于外光电效应的光电探测器，也称为是基于外光电效应的光电探测器，也称为是基于外光电效应的光电探测器，也称为真空光电探测器真空光电探测器真空光电探测器真空光电探测器在光辐照下，探测器内光敏材料的电子得在光辐照下，探测器内光敏材料的电子得在光辐照下，探测器内光敏材料的电子得在光辐照下，探测器内光敏材料的电子得到足够的光子能量后，就会逸出光敏材料表面而进入外界空到足够的光子能量后，就会逸出光敏材料表面而进入外界空到足够的光子能量后，就会逸出光敏材料表面而进入外界空到足够的光子能量后，就会逸出光敏材料表面而进入外界空间，在空间电场的作用下便形成电流间，在空间电场的作用下便形成电流间，在空间电场的作用下便形成电流间，在空间电场的作用下便形成电流ØØ光电子发射探测器主要包括光电子发射探测器主要包括光电子发射探测器主要包括光电子发射探测器主要包括光电管光电管光电管光电管和和和和光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管两类两类两类两类。

ØØ光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管的的的的特点特点：：n n具有较高的内增益，其二次发射增益因子可高达具有较高的内增益，其二次发射增益因子可高达具有较高的内增益，其二次发射增益因子可高达具有较高的内增益，其二次发射增益因子可高达101010107 7 7 7；；；；n n响应速度快响应速度快响应速度快响应速度快应用应用应用应用：广泛应用于航天、遥感、材料、生物、医学等领域广泛应用于航天、遥感、材料、生物、医学等领域广泛应用于航天、遥感、材料、生物、医学等领域广泛应用于航天、遥感、材料、生物、医学等领域 用于探测微弱光信号及快速脉冲弱光信号用于探测微弱光信号及快速脉冲弱光信号用于探测微弱光信号及快速脉冲弱光信号用于探测微弱光信号及快速脉冲弱光信号粥协膳瘪诬撇返广寿柠暖罩授嗽砰捉救诈挚勉豪盯迫衬编濒宏胳头拢讼箭第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20242 2ØØ当光照射某种物质时，若入射光子能量当光照射某种物质时，若入射光子能量当光照射某种物质时，若入射光子能量当光照射某种物质时，若入射光子能量h hν ν足够大，它和物足够大，它和物足够大，它和物足够大，它和物质中的电子相互作用，致使电子逸出物质表面，这就是质中的电子相互作用，致使电子逸出物质表面，这就是质中的电子相互作用，致使电子逸出物质表面，这就是质中的电子相互作用，致使电子逸出物质表面，这就是光光光光电子发射效应电子发射效应电子发射效应电子发射效应（（（（外光电效应外光电效应外光电效应外光电效应），逸出物质表面的电子叫光），逸出物质表面的电子叫光），逸出物质表面的电子叫光），逸出物质表面的电子叫光电子。

电子ØØ爱因斯坦方程爱因斯坦方程爱因斯坦方程爱因斯坦方程————电子能量转换公式电子能量转换公式电子能量转换公式电子能量转换公式 §3-1 3-1 光电子发射效应光电子发射效应逸出功逸出功逸出功逸出功或功函数或功函数或功函数或功函数电子逸出物质电子逸出物质电子逸出物质电子逸出物质表面时的动能表面时的动能表面时的动能表面时的动能赶剁佑抵延怀侄粘宿渡暑悸住做赖蛊稍饭眶坊搂舰巍叙贺帘犯云俄悟撇钝第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20243 3一、一、 金属的光电子发射金属的光电子发射ØØ金属中自由电子的能金属中自由电子的能金属中自由电子的能金属中自由电子的能量服从费米分布量服从费米分布量服从费米分布量服从费米分布E EF FE EAAT T=0=0T>T>0 0电子能量分布电子能量分布电子能量分布电子能量分布表面势垒表面势垒表面势垒表面势垒E E费米能级费米能级费米能级费米能级散射损耗散射损耗散射损耗散射损耗表面势垒高度，即金表面势垒高度，即金表面势垒高度，即金表面势垒高度，即金属对电子的亲和势属对电子的亲和势属对电子的亲和势属对电子的亲和势费米能级，也是能量费米能级，也是能量费米能级，也是能量费米能级，也是能量最大的电子的能量最大的电子的能量最大的电子的能量最大的电子的能量入射光子能量入射光子能量入射光子能量入射光子能量光电子动能光电子动能光电子动能光电子动能ØØT T＝＝＝＝0 0的电子：的电子：的电子：的电子：煞虚划慰奠滩左胺啪民酮沧府句宜伴安坷墙初糟瓮尝徐苟门资褂贩飘悉箩第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20244 4ØØT>0KT>0K时，有一部分电子的能量比费米能级时，有一部分电子的能量比费米能级时，有一部分电子的能量比费米能级时，有一部分电子的能量比费米能级E EF F高出高出高出高出δ δE E，电子的最大动能高于，电子的最大动能高于，电子的最大动能高于，电子的最大动能高于T T＝＝＝＝0K0K时的情况。

时的情况时的情况时的情况E EF FE EAAT T=0=0T>T>0 0电子能量分布电子能量分布电子能量分布电子能量分布表面势垒表面势垒表面势垒表面势垒E E费米能级费米能级费米能级费米能级赐舵臀虽挣额放罕呐腐岗肃椿陀辑曾陕伙撇必无蔓缔氏厌杀拨葡贤商萎漓第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20245 5ØØ性能优异的原因：性能优异的原因：性能优异的原因：性能优异的原因：• •反射系数小，吸收系数大反射系数小，吸收系数大反射系数小，吸收系数大反射系数小，吸收系数大• •阴极导电性适中阴极导电性适中阴极导电性适中阴极导电性适中————能量损耗小，电子补充不困难能量损耗小，电子补充不困难能量损耗小，电子补充不困难能量损耗小，电子补充不困难• •大量的发射中心（价带电子密度高）大量的发射中心（价带电子密度高）大量的发射中心（价带电子密度高）大量的发射中心（价带电子密度高）• •逸出功小逸出功小逸出功小逸出功小————量子效率高量子效率高量子效率高量子效率高二、半导体的光电子发射二、半导体的光电子发射哮冯胚啥纲栅阶某颊密众卧震堵旺大龚水眩褐呛镀糯焚兔讯骑捅盾意幕煤第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20246 6ØØ半导体中光电子发射的过程：半导体中光电子发射的过程：1. 1. 1. 1. 对光子的吸收：对光子的吸收：对光子的吸收：对光子的吸收： 本征发射：本征发射：本征发射：本征发射：光电子来源于价带；量子效率高（光电子来源于价带；量子效率高（光电子来源于价带；量子效率高（光电子来源于价带；量子效率高（2020％－％－％－％－3030％）％）％）％） 杂质发射：杂质发射：杂质发射：杂质发射：光电子来源于杂质能级；量子效率低光电子来源于杂质能级；量子效率低光电子来源于杂质能级；量子效率低光电子来源于杂质能级；量子效率低（（（（1 1％）％）％）％） 自由载流子发射：自由载流子发射：自由载流子发射：自由载流子发射：光电子来源于自由电子；可忽光电子来源于自由电子；可忽光电子来源于自由电子；可忽光电子来源于自由电子；可忽略略略略碑处拇迎毋康骚棺玖夸酌睡炕牌笼闪典馋靠向散颧梦库个舔造溶满识饰岁第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20247 7 2. 2. 光电子向表面的运动：光电子向表面的运动：Ø要克服晶格散射，与价电子碰撞等的能量耗散要克服晶格散射，与价电子碰撞等的能量耗散要克服晶格散射，与价电子碰撞等的能量耗散要克服晶格散射，与价电子碰撞等的能量耗散（表面特性影响其量子效率）。

表面特性影响其量子效率）表面特性影响其量子效率）表面特性影响其量子效率）Ø吸收系数越大，光子穿越深度越浅，发射效率越吸收系数越大，光子穿越深度越浅，发射效率越吸收系数越大，光子穿越深度越浅，发射效率越吸收系数越大，光子穿越深度越浅，发射效率越高Ø另外，要选择另外，要选择另外，要选择另外，要选择E Eg g值，避免二次电子空穴的产生值，避免二次电子空穴的产生值，避免二次电子空穴的产生值，避免二次电子空穴的产生忙泄月炯祸编撩版试饶呆计拘壮吨苯硝蕴岿伺坝辙膝碗全丙诗蒂颓云井村第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20248 83. 3. 克服表面势能的逸出：克服表面势能的逸出： 光电子从发射中心激发后，从导带底逸出所需的最低光电子从发射中心激发后，从导带底逸出所需的最低光电子从发射中心激发后，从导带底逸出所需的最低光电子从发射中心激发后，从导带底逸出所需的最低能量要大于逸出功能量要大于逸出功能量要大于逸出功能量要大于逸出功半导体的逸出功由两部分组成：半导体的逸出功由两部分组成：荤朋佳填岔粕颇伪犯昆改杰旱延其井主狠嫉从耍凭诗复懊峡谢遵丽醛瞬毫第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20249 9ØØ光电子发射材料的光电子发射材料的分类分类：：uu纯金属材料纯金属材料纯金属材料纯金属材料uu掺杂金属或半导体：掺杂金属或半导体：掺杂金属或半导体：掺杂金属或半导体：表而吸附一层其他元素原子表而吸附一层其他元素原子表而吸附一层其他元素原子表而吸附一层其他元素原子的金属和半导体材料；的金属和半导体材料；的金属和半导体材料；的金属和半导体材料；uu光电阴极光电阴极光电阴极光电阴极————应用最广：应用最广：应用最广：应用最广：用作光电管、光电倍增用作光电管、光电倍增用作光电管、光电倍增用作光电管、光电倍增管、变像管、像增强器和一些摄像管等光电器件管、变像管、像增强器和一些摄像管等光电器件管、变像管、像增强器和一些摄像管等光电器件管、变像管、像增强器和一些摄像管等光电器件中的光电阴极。

中的光电阴极中的光电阴极中的光电阴极ØØ作用作用：：将不同波长的各种辐射信号转换为电信号，将不同波长的各种辐射信号转换为电信号，将不同波长的各种辐射信号转换为电信号，将不同波长的各种辐射信号转换为电信号，因此，光电子发射材料决定了光电器件的各项性能因此，光电子发射材料决定了光电器件的各项性能因此，光电子发射材料决定了光电器件的各项性能因此，光电子发射材料决定了光电器件的各项性能§3-2 3-2 光电子发射材料光电子发射材料减迫编须卖重媒叁腑隧违概呻匙悼袒藻舔僚胸陷叹痪泽歌噬昧压税戏嵌虱第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20241010一、光电阴极的主要参数一、光电阴极的主要参数1. 光照灵敏度（光照灵敏度／色光灵敏度／光照灵敏度（光照灵敏度／色光灵敏度／光谱灵敏度）光谱灵敏度）ØØ（（（（1 1））））光照灵敏度光照灵敏度光照灵敏度光照灵敏度：：：：表示光电阴极在一定的白光表示光电阴极在一定的白光表示光电阴极在一定的白光表示光电阴极在一定的白光( (通常为色温通常为色温通常为色温通常为色温2856K2856K的钨丝灯的钨丝灯的钨丝灯的钨丝灯) )照射下，阴极光电照射下，阴极光电照射下，阴极光电照射下，阴极光电流与入射的光通量之比。

光照灵敏度也称流与入射的光通量之比光照灵敏度也称流与入射的光通量之比光照灵敏度也称流与入射的光通量之比光照灵敏度也称白光灵白光灵白光灵白光灵敏度敏度敏度敏度或或或或积分灵敏度积分灵敏度积分灵敏度积分灵敏度，单位为，单位为，单位为，单位为μA/lmμA/lm详夹钨伴鸦虐郧造漫的途短姐骑溪闭痞鼠孙宦定吮汞菌谭信磕蓖瑞顶北租第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20241111 (2)(2)(2)(2)色光灵敏度色光灵敏度：：：：就是局部光谱区域的积分灵敏度它表就是局部光谱区域的积分灵敏度它表就是局部光谱区域的积分灵敏度它表就是局部光谱区域的积分灵敏度它表示在某些特定的波长区，通常用特性已知的滤光片示在某些特定的波长区，通常用特性已知的滤光片示在某些特定的波长区，通常用特性已知的滤光片示在某些特定的波长区，通常用特性已知的滤光片( (蓝色为蓝色为蓝色为蓝色为QB24QB24、红色为、红色为、红色为、红色为HB11HB11、红外为、红外为、红外为、红外为HWB3)HWB3)插入光路，然后测得插入光路，然后测得插入光路，然后测得插入光路，然后测得 的光电流与未插入滤光片时的光电流与未插入滤光片时的光电流与未插入滤光片时的光电流与未插入滤光片时阴极所受光照的光通量之比。

阴极所受光照的光通量之比阴极所受光照的光通量之比阴极所受光照的光通量之比ØØ根据插入滤光片的光谱透射根据插入滤光片的光谱透射根据插入滤光片的光谱透射根据插入滤光片的光谱透射比的不同，它又分别称为蓝比的不同，它又分别称为蓝比的不同，它又分别称为蓝比的不同，它又分别称为蓝光灵敏度、红光灵敏度及红光灵敏度、红光灵敏度及红光灵敏度、红光灵敏度及红光灵敏度、红光灵敏度及红外灵敏度外灵敏度外灵敏度外灵敏度ØØ它们与光照灵敏度的比值分它们与光照灵敏度的比值分它们与光照灵敏度的比值分它们与光照灵敏度的比值分别称为蓝白比、红白比和红别称为蓝白比、红白比和红别称为蓝白比、红白比和红别称为蓝白比、红白比和红外白比湖瑞亭摧剃皋绳覆节凑惠侗辈吼史件锄愿叛膏当粟赌臆三倘踩沦猩性虾资第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20241212 (3)(3)光谱灵敏度光谱灵敏度：：表示某一波长的单色辐射表示某一波长的单色辐射照到光电阴极上，阴极光电流与入射的单照到光电阴极上，阴极光电流与入射的单色辐射通量之比色辐射通量之比ØØ 用用S(λ)(λ)表示，单位为表示，单位为mA/W或或A／／W。

碌凄颤娠渴联终稗杰膏捧锗镁阔踢则傅耳斜戚津壁桌珊涟府步栽后风朴靛第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20241313 2 2．．量子效率量子效率 量子效率量子效率量子效率量子效率：它表示一定波长的光子入射到光电阴：它表示一定波长的光子入射到光电阴：它表示一定波长的光子入射到光电阴：它表示一定波长的光子入射到光电阴极时，该阴极所发射的光电子数极时，该阴极所发射的光电子数极时，该阴极所发射的光电子数极时，该阴极所发射的光电子数N Ne e( (λ λ) )与入射的与入射的与入射的与入射的光子数光子数光子数光子数N NP P( (λ λ) )之比值，称为之比值，称为之比值，称为之比值，称为量子产额量子产额量子产额量子产额，用符号，用符号，用符号，用符号Q Q(λ)(λ)表示，即表示，即表示，即表示，即 量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法它们之间的关系如下：方法它们之间的关系如下：方法它们之间的关系如下：方法。

它们之间的关系如下：耪渔骏寻仓竭依谁睡擞妈絮悔所阻踌徒采迈夷渐参指所伐称邑宏牺岭倔泛第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202414143 3．光谱响应曲线．光谱响应曲线．光谱响应曲线．光谱响应曲线 光电阴极的光谱灵敏度（或量子效率）与入射辐射波光电阴极的光谱灵敏度（或量子效率）与入射辐射波光电阴极的光谱灵敏度（或量子效率）与入射辐射波光电阴极的光谱灵敏度（或量子效率）与入射辐射波长的关系曲线，称为光谱响应曲线真空光电器件中的长长的关系曲线，称为光谱响应曲线真空光电器件中的长长的关系曲线，称为光谱响应曲线真空光电器件中的长长的关系曲线，称为光谱响应曲线真空光电器件中的长波灵敏度极限，主要由光电阴极材料的长波限波灵敏度极限，主要由光电阴极材料的长波限波灵敏度极限，主要由光电阴极材料的长波限波灵敏度极限，主要由光电阴极材料的长波限λ λ0 0决定4 4．热电子发射．热电子发射．热电子发射．热电子发射 光电阴极中有少数电子的热能大于光电阴极逸出功，光电阴极中有少数电子的热能大于光电阴极逸出功，光电阴极中有少数电子的热能大于光电阴极逸出功，光电阴极中有少数电子的热能大于光电阴极逸出功，因而产生热电子发射。

室温下典型阴极每秒每平方厘米发因而产生热电子发射室温下典型阴极每秒每平方厘米发因而产生热电子发射室温下典型阴极每秒每平方厘米发因而产生热电子发射室温下典型阴极每秒每平方厘米发射二个数量级的电子，相当于射二个数量级的电子，相当于射二个数量级的电子，相当于射二个数量级的电子，相当于1010－－－－1616～～～～1010－－－－1717AcmAcm－－－－2 2的电流的电流的电流的电流密度这些热发射电子会引起噪声，限制着探测器的灵敏密度这些热发射电子会引起噪声，限制着探测器的灵敏密度这些热发射电子会引起噪声，限制着探测器的灵敏密度这些热发射电子会引起噪声，限制着探测器的灵敏度极限糜罩焊岁唤盖丝榨真矽歪债奔颂哩八异叭吉所炯凑狂瓷财臆捣抨顷披堑匠第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20241515二、常用的光电发射材料二、常用的光电发射材料ØØ一个良好的光电发射材料应具备下述条件：一个良好的光电发射材料应具备下述条件：一个良好的光电发射材料应具备下述条件：一个良好的光电发射材料应具备下述条件：(1)(1)(1)(1)光吸收系数大；光吸收系数大；光吸收系数大；光吸收系数大；(2)(2)(2)(2)光电子在体内传输过程中受到的能量损失小；光电子在体内传输过程中受到的能量损失小；光电子在体内传输过程中受到的能量损失小；光电子在体内传输过程中受到的能量损失小；(3)(3)(3)(3)表面势垒低，使表面逸出几率大。

表面势垒低，使表面逸出几率大表面势垒低，使表面逸出几率大表面势垒低，使表面逸出几率大• •金属金属金属金属由于其反射系数大、吸收系数小、体内自由电子多而由于其反射系数大、吸收系数小、体内自由电子多而由于其反射系数大、吸收系数小、体内自由电子多而由于其反射系数大、吸收系数小、体内自由电子多而引起碰撞损失能量大、逸出功大等原因而不满足上述三个引起碰撞损失能量大、逸出功大等原因而不满足上述三个引起碰撞损失能量大、逸出功大等原因而不满足上述三个引起碰撞损失能量大、逸出功大等原因而不满足上述三个条件大多数金属的光谱响应都在条件大多数金属的光谱响应都在条件大多数金属的光谱响应都在条件大多数金属的光谱响应都在紫外紫外紫外紫外或或或或远紫外远紫外远紫外远紫外区区区区，只能，只能，只能，只能适应对紫外灵敏的光电探测器适应对紫外灵敏的光电探测器适应对紫外灵敏的光电探测器适应对紫外灵敏的光电探测器• •半导体半导体半导体半导体光发射材料的光吸收系数比金属要大得多，体内自光发射材料的光吸收系数比金属要大得多，体内自光发射材料的光吸收系数比金属要大得多，体内自光发射材料的光吸收系数比金属要大得多，体内自由电子少，散射能量损失小，因此其量子效率比金属大得由电子少，散射能量损失小，因此其量子效率比金属大得由电子少，散射能量损失小，因此其量子效率比金属大得由电子少，散射能量损失小，因此其量子效率比金属大得多，光发射波长延伸至多，光发射波长延伸至多，光发射波长延伸至多，光发射波长延伸至可见光可见光可见光可见光和和和和近红外近红外近红外近红外波段范围。

波段范围波段范围波段范围律罗传饮凋静孝织佰某栅洁彰蛊娶蚁味叶芍傣庙幅躁称胀厂狮廊畴嚏油精第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202416161. 银氧铯阴极银氧铯阴极 银氧绝阴极是以银氧绝阴极是以银氧绝阴极是以银氧绝阴极是以AgAg为基底、氧化银为中间层，上为基底、氧化银为中间层，上为基底、氧化银为中间层，上为基底、氧化银为中间层，上面再有一层带有过剩面再有一层带有过剩面再有一层带有过剩面再有一层带有过剩CsCs原子及原子及原子及原子及AgAg原子的氧化铯，原子的氧化铯，原子的氧化铯，原子的氧化铯，而表面由而表面由而表面由而表面由CsCs原子组成其灵敏度较低原子组成其灵敏度较低原子组成其灵敏度较低原子组成其灵敏度较低绑磷舵氖内爽雅委侯颅贞厌咽叼衣埃俩栅狙钩州痞炕倾痹忙岸贩辨毋寝前第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202417172 2．单碱锑化物光电阴极．单碱锑化物光电阴极ØØ碱金属与锑、铅、铋、铊等生成的金属化合物具碱金属与锑、铅、铋、铊等生成的金属化合物具碱金属与锑、铅、铋、铊等生成的金属化合物具碱金属与锑、铅、铋、铊等生成的金属化合物具有极其优越的光电发射性能，量子效率高。

有极其优越的光电发射性能，量子效率高有极其优越的光电发射性能，量子效率高有极其优越的光电发射性能，量子效率高青绥洛乡歉都归荚沂薪饮暗遭鬃斡冉才裸秋菇五描掺盎链寻鸦慧侍谚筒驻第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202418183．多碱锑化物光电阴极．多碱锑化物光电阴极 当锑和几种碱金属形成化合物时，具有较高的响应当锑和几种碱金属形成化合物时，具有较高的响应当锑和几种碱金属形成化合物时，具有较高的响应当锑和几种碱金属形成化合物时，具有较高的响应度，其中有双碱、三碱和四碱等，统称多碱光电阴度，其中有双碱、三碱和四碱等，统称多碱光电阴度，其中有双碱、三碱和四碱等，统称多碱光电阴度，其中有双碱、三碱和四碱等，统称多碱光电阴极从紫外到近红外的光谱区都具有较高的量子效极从紫外到近红外的光谱区都具有较高的量子效极从紫外到近红外的光谱区都具有较高的量子效极从紫外到近红外的光谱区都具有较高的量子效率 4．紫外光电阴极．紫外光电阴极 ØØ对可见光灵敏的光电阴极，对紫外光也具有较高的对可见光灵敏的光电阴极，对紫外光也具有较高的对可见光灵敏的光电阴极，对紫外光也具有较高的对可见光灵敏的光电阴极，对紫外光也具有较高的量子效率。

为了消除背景辐射的影响，要求光电阴量子效率为了消除背景辐射的影响，要求光电阴量子效率为了消除背景辐射的影响，要求光电阴量子效率为了消除背景辐射的影响，要求光电阴极只对所探测的紫外辐射信号灵敏，而对可见光无极只对所探测的紫外辐射信号灵敏，而对可见光无极只对所探测的紫外辐射信号灵敏，而对可见光无极只对所探测的紫外辐射信号灵敏，而对可见光无响应，这种阴极通常称为响应，这种阴极通常称为响应，这种阴极通常称为响应，这种阴极通常称为“ “日盲日盲日盲日盲” ”型光电阴极型光电阴极型光电阴极型光电阴极ØØ目前比较实用的目前比较实用的目前比较实用的目前比较实用的“ “日盲日盲日盲日盲” ”型光电阴极有锑化铯型光电阴极有锑化铯型光电阴极有锑化铯型光电阴极有锑化铯(CeTe)(CeTe)和碘化铯和碘化铯和碘化铯和碘化铯(CeI)(CeI)两种，锑化铯阴极长波限为两种，锑化铯阴极长波限为两种，锑化铯阴极长波限为两种，锑化铯阴极长波限为0.32μm0.32μm，而碘化铯阴极的长波限为，而碘化铯阴极的长波限为，而碘化铯阴极的长波限为，而碘化铯阴极的长波限为0.2μm0.2μm黍桂钾郑费飘梅叮算吩耸玛答杯姿浦褪床拾纂喉志彤等柬常兹酱浪退彭变第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20241919三、负电子亲和势材料三、负电子亲和势材料ØØ前面讨论的常规光电阴极都属于前面讨论的常规光电阴极都属于前面讨论的常规光电阴极都属于前面讨论的常规光电阴极都属于正电子亲和势正电子亲和势正电子亲和势正电子亲和势(PEA)(PEA)类型，表面的真空能级位于导带之上。

类型，表面的真空能级位于导带之上类型，表面的真空能级位于导带之上类型，表面的真空能级位于导带之上ØØ但如果给半导体的表面作特殊处理，使表面区域但如果给半导体的表面作特殊处理，使表面区域但如果给半导体的表面作特殊处理，使表面区域但如果给半导体的表面作特殊处理，使表面区域能带弯曲，真空能级降到导带之下，从而使有效能带弯曲，真空能级降到导带之下，从而使有效能带弯曲，真空能级降到导带之下，从而使有效能带弯曲，真空能级降到导带之下，从而使有效的电子亲和势为负值，经这种特殊处理的阴极称的电子亲和势为负值，经这种特殊处理的阴极称的电子亲和势为负值，经这种特殊处理的阴极称的电子亲和势为负值，经这种特殊处理的阴极称作作作作负电子亲和势光电阴极负电子亲和势光电阴极负电子亲和势光电阴极负电子亲和势光电阴极(NEA)(NEA)铸坤迭疽土惑茂丙疼寻烙萍歹铣烈皇胃剧酮豢猎晦短凸狸枉最忌垃斩繁创第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20242020E EA1A1E Ec1c1E Ef1f1E Ev1v1E E0 0E EA2A2E Ec2c2E Ef2f2E Ev2v2SiSi（（（（P P型）型）型）型）CsCs2 2OO（（（（n n型）型）型）型）E Ec1c1E Ef fE Ev1v1E Ev2v2E Ec2c2E EA2A2E Ed dE EA1A1E E0 0表面耗尽层表面耗尽层表面耗尽层表面耗尽层电子亲和势为电子亲和势为电子亲和势为电子亲和势为E EA1A1>0>0电子亲和势为电子亲和势为电子亲和势为电子亲和势为E EA1A1=E=EA2A2-E-Ed d<0<0拆炊霞冠叫甜棍递兑陷厦迈狰节鼎岛漏冉拘芦骗峭短废缀策克泪看获众梁第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20242121负电子亲和势（负电子亲和势（NEA）材料特点：）材料特点：（（（（1 1 1 1）量子效率高）量子效率高）量子效率高）量子效率高ØØ负电子亲和势阴极因其表向无表面势垒，所以受激电负电子亲和势阴极因其表向无表面势垒，所以受激电负电子亲和势阴极因其表向无表面势垒，所以受激电负电子亲和势阴极因其表向无表面势垒，所以受激电子跃迁到导带并迁移到表面后，不需克服表面势垒就子跃迁到导带并迁移到表面后，不需克服表面势垒就子跃迁到导带并迁移到表面后，不需克服表面势垒就子跃迁到导带并迁移到表面后，不需克服表面势垒就可以较容易地逸出表面。

可以较容易地逸出表面可以较容易地逸出表面可以较容易地逸出表面ØØ受激电子在向表面迁移过程中，因与晶格碰撞，使其受激电子在向表面迁移过程中，因与晶格碰撞，使其受激电子在向表面迁移过程中，因与晶格碰撞，使其受激电子在向表面迁移过程中，因与晶格碰撞，使其能量降到导带底而变成热化电子后，仍可继续向表面能量降到导带底而变成热化电子后，仍可继续向表面能量降到导带底而变成热化电子后，仍可继续向表面能量降到导带底而变成热化电子后，仍可继续向表面扩散并逸出表面扩散并逸出表面扩散并逸出表面扩散并逸出表面ØØ对于正电子亲和势光电阴极来说，激发到导带的电子对于正电子亲和势光电阴极来说，激发到导带的电子对于正电子亲和势光电阴极来说，激发到导带的电子对于正电子亲和势光电阴极来说，激发到导带的电子必须克服表面势垒，只有高能电子才能发射出去，所必须克服表面势垒，只有高能电子才能发射出去，所必须克服表面势垒，只有高能电子才能发射出去，所必须克服表面势垒，只有高能电子才能发射出去，所以负电子亲和势光电阴极的有效逸出深度要比正电子以负电子亲和势光电阴极的有效逸出深度要比正电子以负电子亲和势光电阴极的有效逸出深度要比正电子以负电子亲和势光电阴极的有效逸出深度要比正电子亲和势阴极大得多。

亲和势阴极大得多亲和势阴极大得多亲和势阴极大得多舅喇碱贿侧侈宵瓮婉若疤誉树辕纲而司淬播矾酌茹鹃匀马椽滓忽破屡原滤第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20242222（（2 2）光谱响应延伸到红外，响应率均匀）光谱响应延伸到红外，响应率均匀正电子亲和势长波限为正电子亲和势长波限为正电子亲和势长波限为正电子亲和势长波限为负电子亲和势长波限为负电子亲和势长波限为负电子亲和势长波限为负电子亲和势长波限为(3)(3)(3)(3)热电子发射小，噪声小热电子发射小，噪声小热电子发射小，噪声小热电子发射小，噪声小(4)(4)(4)(4)光电子的能量集中光电子的能量集中光电子的能量集中光电子的能量集中————————空间分辨率、时间分辨率空间分辨率、时间分辨率空间分辨率、时间分辨率空间分辨率、时间分辨率(5)(5)(5)(5)光谱响应率平坦光谱响应率平坦光谱响应率平坦光谱响应率平坦寞滞谣棱侍于冶肾跋似忙债背颠请跪寨烦猩徘廊烈兽材握旧力炙胳拎早呆第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20242323ØØ常用阴极有：常用阴极有：常用阴极有：常用阴极有：GaAs/InGaAs/GaAsPGaAs/InGaAs/GaAsPØØ光谱特性曲线：光谱特性曲线：光谱特性曲线：光谱特性曲线：• •量子效率高量子效率高量子效率高量子效率高• •谱线平坦谱线平坦谱线平坦谱线平坦0.50.50.70.70.90.91.11.10.10.10.50.51 15 510105050波长波长波长波长/ / / /μmμmμmμm量子效率量子效率量子效率量子效率/ / / /％％％％Ag-O-CsAg-O-CsGaAsGaAsInIn0.120.12GaGa0.220.22AsAsInIn0.060.06GaGa0.940.94AsAs多绥擎祁吉爆锦晨哟久始现邮泛戎滓渍囤砂煌革雌间针菜九医买营爷苹歌第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20242424§3-3 §3-3 光电倍增管光电倍增管ØØ光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管(PMT)(PMT)是一种建立在是一种建立在是一种建立在是一种建立在光电子发射效应光电子发射效应光电子发射效应光电子发射效应、、、、二次电二次电二次电二次电子发射子发射子发射子发射和和和和电子光学电子光学电子光学电子光学理论基础上的，把微弱入射光转换成光理论基础上的，把微弱入射光转换成光理论基础上的，把微弱入射光转换成光理论基础上的，把微弱入射光转换成光电子并获倍增的重要的真空光电发射器件。

电子并获倍增的重要的真空光电发射器件电子并获倍增的重要的真空光电发射器件电子并获倍增的重要的真空光电发射器件V V0 0R RL La aD D1010D D8 8D D6 6D D4 4D D2 2D D1 1D D3 3D D5 5D D7 7D D9 9-200V-200V-400V-400V-600V-600V-100V-100V-300V-300V-500V-500V-700V-700V-900V-900V-1100V-1100V-800V-800V-1000V-1000V-1200V-1200VD DKK电子电子电子电子R Rv v构成：光电阴极、电子光学聚焦系统、倍增极（打拿极）、阳极构成：光电阴极、电子光学聚焦系统、倍增极（打拿极）、阳极构成：光电阴极、电子光学聚焦系统、倍增极（打拿极）、阳极构成：光电阴极、电子光学聚焦系统、倍增极（打拿极）、阳极梗蒜兹池占拽扇媚佃英理荔锋住最霓加驾桌靠码卯蝉徐讥女要虑褥姆漏迁第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20242525ØØKK是光电阴极，可根据设计需要采用不同的光电发射是光电阴极，可根据设计需要采用不同的光电发射是光电阴极，可根据设计需要采用不同的光电发射是光电阴极，可根据设计需要采用不同的光电发射材料制成。

材料制成材料制成材料制成ØØD D为聚焦极，它与阴极共同形成电子光学聚焦系统，为聚焦极，它与阴极共同形成电子光学聚焦系统，为聚焦极，它与阴极共同形成电子光学聚焦系统，为聚焦极，它与阴极共同形成电子光学聚焦系统，将光电阴极发射的电子会聚成束并通过膜孔打到第将光电阴极发射的电子会聚成束并通过膜孔打到第将光电阴极发射的电子会聚成束并通过膜孔打到第将光电阴极发射的电子会聚成束并通过膜孔打到第一倍增极一倍增极一倍增极一倍增极D D1 1上ØØD D1 1－－－－D D1010为倍增极（打拿极），所加电压逐级增加为倍增极（打拿极），所加电压逐级增加为倍增极（打拿极），所加电压逐级增加为倍增极（打拿极），所加电压逐级增加ØØa a为收集电子的阳极为收集电子的阳极为收集电子的阳极为收集电子的阳极ØØ在高速初电子的激发下，第一倍增极被激发出若干在高速初电子的激发下，第一倍增极被激发出若干在高速初电子的激发下，第一倍增极被激发出若干在高速初电子的激发下，第一倍增极被激发出若干二次电子，这些电子在电场作用下，又打到第二倍二次电子，这些电子在电场作用下，又打到第二倍二次电子，这些电子在电场作用下，又打到第二倍二次电子，这些电子在电场作用下，又打到第二倍增极处，又引起更多的二次电子发射增极处，又引起更多的二次电子发射增极处，又引起更多的二次电子发射增极处，又引起更多的二次电子发射…………，此过程，此过程，此过程，此过程一直继续到一直继续到一直继续到一直继续到D D1010。

最后，经倍增的光电子被阳极最后，经倍增的光电子被阳极最后，经倍增的光电子被阳极最后，经倍增的光电子被阳极a a收收收收集而输出光电流，在负载集而输出光电流，在负载集而输出光电流，在负载集而输出光电流，在负载R RL L上产生信号电压上产生信号电压上产生信号电压上产生信号电压一、光电倍增管的工作原理一、光电倍增管的工作原理侠惟答狸咀袍交屑圆塌铰谐掺北询夷盖惧靛宋社位起晨状胶垒蜕胖倍隙盏第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20242626二、光电倍增管结构二、光电倍增管结构ØØ光电倍增管由光电倍增管由光电倍增管由光电倍增管由光电阴极光电阴极光电阴极光电阴极，，，，电子光学输入系统电子光学输入系统电子光学输入系统电子光学输入系统（光（光（光（光电阴极到第一倍增极电阴极到第一倍增极电阴极到第一倍增极电阴极到第一倍增极D D1 1之间的系统）、之间的系统）、之间的系统）、之间的系统）、二次发射二次发射二次发射二次发射倍增系统倍增系统倍增系统倍增系统及及及及阳极阳极阳极阳极等构成ØØ电子光学系统有两方面的作用：电子光学系统有两方面的作用：电子光学系统有两方面的作用：电子光学系统有两方面的作用：(1)(1)使光电阴极发射的光电子尽可能使光电阴极发射的光电子尽可能使光电阴极发射的光电子尽可能使光电阴极发射的光电子尽可能全部会聚到第一全部会聚到第一全部会聚到第一全部会聚到第一倍增极上倍增极上倍增极上倍增极上，而将其他部分的杂散电子散射掉，提，而将其他部分的杂散电子散射掉，提，而将其他部分的杂散电子散射掉，提，而将其他部分的杂散电子散射掉，提高信噪比；高信噪比；高信噪比；高信噪比；(2)(2)使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中有尽可能有尽可能有尽可能有尽可能相等的渡越时间相等的渡越时间相等的渡越时间相等的渡越时间，以保证光电倍增管的，以保证光电倍增管的，以保证光电倍增管的，以保证光电倍增管的快速响应。

快速响应快速响应快速响应贪流炸冻贸甲且傻箱奋沿终树刚怂巳姓破腊况箔洗桨选枕哩本楷夫骸淤氓第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20242727电子学系统电子学系统 1 11.1.1.1.是光电阴级，是光电阴级，是光电阴级，是光电阴级，2.2.2.2.是与光电阴极同电位的是与光电阴极同电位的是与光电阴极同电位的是与光电阴极同电位的金属筒或镀在玻壳上的金属筒或镀在玻壳上的金属筒或镀在玻壳上的金属筒或镀在玻壳上的金属导电层，金属导电层，金属导电层，金属导电层，3.3.3.3.是带孔膜片，是带孔膜片，是带孔膜片，是带孔膜片，4.4.4.4.是第一倍增极是第一倍增极是第一倍增极是第一倍增极 这种电子光学系统这种电子光学系统这种电子光学系统这种电子光学系统的收集率在的收集率在的收集率在的收集率在85858585％以上，％以上，％以上，％以上，渡越时间的离散性渡越时间的离散性渡越时间的离散性渡越时间的离散性( ( ( (指阴指阴指阴指阴极面上各点所发射的光极面上各点所发射的光极面上各点所发射的光极面上各点所发射的光电子到达第一倍增极上电子到达第一倍增极上电子到达第一倍增极上电子到达第一倍增极上各处时产生的时间差各处时产生的时间差各处时产生的时间差各处时产生的时间差) ) ) ) ΔΔΔΔt t t t 约为约为约为约为10101010nsnsnsns。

捏危址宪己柒需赶吵婶辟啃妒氛耘碧慑颂理扁半伍外际设锗众蚌母已狈跳第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20242828电子学系统电子学系统 2 2ØØ为了使小型光电倍增管的倍为了使小型光电倍增管的倍为了使小型光电倍增管的倍为了使小型光电倍增管的倍增极合理安排在管壳内（具增极合理安排在管壳内（具增极合理安排在管壳内（具增极合理安排在管壳内（具有对称性），充分利用玻璃有对称性），充分利用玻璃有对称性），充分利用玻璃有对称性），充分利用玻璃管内的空间，同时保证有高管内的空间，同时保证有高管内的空间，同时保证有高管内的空间，同时保证有高的电子收集率，可采用图示的电子收集率，可采用图示的电子收集率，可采用图示的电子收集率，可采用图示的电子光学系统的电子光学系统的电子光学系统的电子光学系统ØØ图中增加了斜劈式圆柱筒电图中增加了斜劈式圆柱筒电图中增加了斜劈式圆柱筒电图中增加了斜劈式圆柱筒电极极极极4 4，该电极固定在偏心的带，该电极固定在偏心的带，该电极固定在偏心的带，该电极固定在偏心的带孔膜片上，其轴线与阴极的孔膜片上，其轴线与阴极的孔膜片上，其轴线与阴极的孔膜片上，其轴线与阴极的轴线之间的夹角取轴线之间的夹角取轴线之间的夹角取轴线之间的夹角取2020o o。

这种这种结构的性能与前者相近结构的性能与前者相近结构的性能与前者相近结构的性能与前者相近公波茶彻儿叶掩瓮电辕侣茫屉织忠砷愁袍啥矿诉模完掺媚考街麦龋竞续架第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20242929电子学系统电子学系统 3 3ØØ性能最好的一种电子光性能最好的一种电子光性能最好的一种电子光性能最好的一种电子光学系统，它采用了球面学系统，它采用了球面学系统，它采用了球面学系统，它采用了球面形光电阴极，并附加了形光电阴极，并附加了形光电阴极，并附加了形光电阴极，并附加了3 3 3 3个圆筒形电极个圆筒形电极个圆筒形电极个圆筒形电极ØØ此时，阴极表面电位分此时，阴极表面电位分此时，阴极表面电位分此时，阴极表面电位分布比较均匀，而且从阴布比较均匀，而且从阴布比较均匀，而且从阴布比较均匀，而且从阴极中心和边缘发射的电极中心和边缘发射的电极中心和边缘发射的电极中心和边缘发射的电子轨迹长度相差甚小，子轨迹长度相差甚小，子轨迹长度相差甚小，子轨迹长度相差甚小，可使渡越时间的离散性可使渡越时间的离散性可使渡越时间的离散性可使渡越时间的离散性接近于零接近于零接近于零。

接近于零哗盯钞氧兢蚂烟基抬俗德列据棕耀茬爵洼去欣畔约尺卑腿沛逛镍赊噬荡惫第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20243030倍增极结构倍增极结构ØØ光电倍增管的倍增极结构分为聚焦型和非聚焦型光电倍增管的倍增极结构分为聚焦型和非聚焦型光电倍增管的倍增极结构分为聚焦型和非聚焦型光电倍增管的倍增极结构分为聚焦型和非聚焦型两种ØØ非聚焦型：百叶窗式结构和盒－网式结构两种；非聚焦型：百叶窗式结构和盒－网式结构两种；非聚焦型：百叶窗式结构和盒－网式结构两种；非聚焦型：百叶窗式结构和盒－网式结构两种；ØØ聚焦型：直列聚焦式结构和圆形鼠笼聚焦式结构聚焦型：直列聚焦式结构和圆形鼠笼聚焦式结构聚焦型：直列聚焦式结构和圆形鼠笼聚焦式结构聚焦型：直列聚焦式结构和圆形鼠笼聚焦式结构两种皱六梯监毫避怜楞蕊铀瓶妮宽作磕防逻矫釜哩打悯蓑梦国丫甲塑鸽砌闪霍第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20243131倍增极结构倍增极结构 1ØØ百叶窗式结构：在每一倍增极中采用了若干小板，百叶窗式结构：在每一倍增极中采用了若干小板，百叶窗式结构：在每一倍增极中采用了若干小板，百叶窗式结构：在每一倍增极中采用了若干小板，这些小板与光电倍增管轴线成这些小板与光电倍增管轴线成这些小板与光电倍增管轴线成这些小板与光电倍增管轴线成4545o o角，其倾斜方向与角，其倾斜方向与角，其倾斜方向与角，其倾斜方向与前一倍增极相反，互成前一倍增极相反，互成前一倍增极相反，互成前一倍增极相反，互成9090o o角。

角ØØ为了从相邻的前一倍增极引出低能量的初级电子，为了从相邻的前一倍增极引出低能量的初级电子，为了从相邻的前一倍增极引出低能量的初级电子，为了从相邻的前一倍增极引出低能量的初级电子，每个倍增极前面都接金属栅网，形成等电位体，以每个倍增极前面都接金属栅网，形成等电位体，以每个倍增极前面都接金属栅网，形成等电位体，以每个倍增极前面都接金属栅网，形成等电位体，以屏蔽前一级的影响屏蔽前一级的影响屏蔽前一级的影响屏蔽前一级的影响垛蛾肖眯快姐掩盅夹褪膨棒肘渡庞凌琴妄蹄食吕匝过馅绚钱蕊郊撕协鹰竹第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20243232倍增极结构倍增极结构 2 2ØØ盒盒盒盒————————网式结构：它的倍增极由网式结构：它的倍增极由网式结构：它的倍增极由网式结构：它的倍增极由1/41/4圆弧盒圆弧盒圆弧盒圆弧盒组成，前组成，前组成，前组成，前面接有金属网，金属网的作用与百叶窗式结构相同面接有金属网，金属网的作用与百叶窗式结构相同面接有金属网，金属网的作用与百叶窗式结构相同面接有金属网，金属网的作用与百叶窗式结构相同ØØ盒盒盒盒————————网式结构便于做得体积小，小型光电倍增管网式结构便于做得体积小，小型光电倍增管网式结构便于做得体积小，小型光电倍增管网式结构便于做得体积小，小型光电倍增管大多采用这种结构；而百叶窗式结构则往往适用于大多采用这种结构；而百叶窗式结构则往往适用于大多采用这种结构；而百叶窗式结构则往往适用于大多采用这种结构；而百叶窗式结构则往往适用于大直径的器件，因为这种倍增极的直径可以做得较大直径的器件，因为这种倍增极的直径可以做得较大直径的器件，因为这种倍增极的直径可以做得较大直径的器件，因为这种倍增极的直径可以做得较大，易于收集光电阴极所发射的电子。

大，易于收集光电阴极所发射的电子大，易于收集光电阴极所发射的电子大，易于收集光电阴极所发射的电子咀捶育汹延壮窒漱杂刃旨剁荷蝗杂既咖缔艺宛果花噎讲软沽了莹撩炙伺探第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20243333非聚焦式光电倍增管非聚焦式光电倍增管ØØ在以上两种形式的倍增极中，倍增极表面的电场比较低，因在以上两种形式的倍增极中，倍增极表面的电场比较低，因在以上两种形式的倍增极中，倍增极表面的电场比较低，因在以上两种形式的倍增极中，倍增极表面的电场比较低，因而所发射的电子究竟打到下一倍增极的哪一点上，在很大程而所发射的电子究竟打到下一倍增极的哪一点上，在很大程而所发射的电子究竟打到下一倍增极的哪一点上，在很大程而所发射的电子究竟打到下一倍增极的哪一点上，在很大程度上取决于电子的初始位置和速度因此，这种光电倍增管度上取决于电子的初始位置和速度因此，这种光电倍增管度上取决于电子的初始位置和速度因此，这种光电倍增管度上取决于电子的初始位置和速度因此，这种光电倍增管叫做叫做叫做叫做非聚焦式光电倍增管非聚焦式光电倍增管非聚焦式光电倍增管非聚焦式光电倍增管ØØ这种结构的这种结构的这种结构的这种结构的特点特点特点特点是：是：是：是：①①①①倍增极的效率高，在低的极间电压下能给出高的倍增系数；倍增极的效率高，在低的极间电压下能给出高的倍增系数；倍增极的效率高，在低的极间电压下能给出高的倍增系数；倍增极的效率高，在低的极间电压下能给出高的倍增系数；②②②②每一对倍增极的工作状态基本上与邻近的倍增极电压无关；每一对倍增极的工作状态基本上与邻近的倍增极电压无关；每一对倍增极的工作状态基本上与邻近的倍增极电压无关；每一对倍增极的工作状态基本上与邻近的倍增极电压无关；③③③③非聚焦式结构由于电子散射效应，使得在同一时间从光电阴非聚焦式结构由于电子散射效应，使得在同一时间从光电阴非聚焦式结构由于电子散射效应，使得在同一时间从光电阴非聚焦式结构由于电子散射效应，使得在同一时间从光电阴极中心和边缘处发射并经倍增极倍增的一束电子不能在同一极中心和边缘处发射并经倍增极倍增的一束电子不能在同一极中心和边缘处发射并经倍增极倍增的一束电子不能在同一极中心和边缘处发射并经倍增极倍增的一束电子不能在同一时间到达阳极，导致电子渡越时间的散差。

这种时间散差使时间到达阳极，导致电子渡越时间的散差这种时间散差使时间到达阳极，导致电子渡越时间的散差这种时间散差使时间到达阳极，导致电子渡越时间的散差这种时间散差使脉冲信号的前沿变斜因此，非聚焦型光电倍增管的脉冲信号的前沿变斜因此，非聚焦型光电倍增管的脉冲信号的前沿变斜因此，非聚焦型光电倍增管的脉冲信号的前沿变斜因此，非聚焦型光电倍增管的响应时响应时响应时响应时间比聚焦型差间比聚焦型差间比聚焦型差间比聚焦型差刚阳尽盗需湖拽蝇唱些见昨锭瓜腔讹糊医继眼梭裴孵沉灭矩芹赘泅碳诬我第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20243434倍增极结构倍增极结构 3 3ØØ直列聚焦式结构直列聚焦式结构直列聚焦式结构直列聚焦式结构ØØ倍增极的形状类似瓦片，它的曲度能提供一个聚焦电场，使倍增极的形状类似瓦片，它的曲度能提供一个聚焦电场，使倍增极的形状类似瓦片，它的曲度能提供一个聚焦电场，使倍增极的形状类似瓦片，它的曲度能提供一个聚焦电场，使前一级电子流射到下级倍增极中央前一级电子流射到下级倍增极中央前一级电子流射到下级倍增极中央前一级电子流射到下级倍增极中央ØØ另外，倍增极的表面电场强度比较高，而且住往有一个或多另外，倍增极的表面电场强度比较高，而且住往有一个或多另外，倍增极的表面电场强度比较高，而且住往有一个或多另外，倍增极的表面电场强度比较高，而且住往有一个或多个附加电极，用以抑制空间电荷效应或渡越时间的个附加电极，用以抑制空间电荷效应或渡越时间的个附加电极，用以抑制空间电荷效应或渡越时间的个附加电极，用以抑制空间电荷效应或渡越时间的“ “散差散差散差散差” ”，因此，它的响应时间快，脉冲信号的上升时间小到，因此，它的响应时间快，脉冲信号的上升时间小到，因此，它的响应时间快，脉冲信号的上升时间小到，因此，它的响应时间快，脉冲信号的上升时间小到1ns1ns。

仁汀肛熊翰郎良秃罪版灾观渍唐陀靴怠虫锭呆卞计钢鸭肥剪娶龋番败胰渝第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20243535倍增极结构倍增极结构 4ØØ圆形鼠笼式结构和不透明光电阴极相配合，可以做成小巧圆形鼠笼式结构和不透明光电阴极相配合，可以做成小巧圆形鼠笼式结构和不透明光电阴极相配合，可以做成小巧圆形鼠笼式结构和不透明光电阴极相配合，可以做成小巧紧凑的聚焦型光电倍增管紧凑的聚焦型光电倍增管紧凑的聚焦型光电倍增管紧凑的聚焦型光电倍增管ØØ它的渡越时间它的渡越时间它的渡越时间它的渡越时间““““散差散差散差散差””””也很小，脉冲信号的上升时间可达也很小，脉冲信号的上升时间可达也很小，脉冲信号的上升时间可达也很小，脉冲信号的上升时间可达纳秒级聚焦型结构的缺点：每对倍增极的工作状态与邻近倍增极的聚焦型结构的缺点：每对倍增极的工作状态与邻近倍增极的聚焦型结构的缺点：每对倍增极的工作状态与邻近倍增极的聚焦型结构的缺点：每对倍增极的工作状态与邻近倍增极的电压有关，所以对供电电源的稳定度要求很高电压有关，所以对供电电源的稳定度要求很高电压有关，所以对供电电源的稳定度要求很高。

电压有关，所以对供电电源的稳定度要求很高搅忌羹戴维滩吼郎紊讣国联喀皮蚕摆炎搀呵巢侥迪忌瘟特沂肛门猿悲璃夜第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20243636光电倍增管的阳极光电倍增管的阳极ØØ采用栅网状结构采用栅网状结构采用栅网状结构采用栅网状结构栅网状阳极栅网状阳极末级倍增极末级倍增极二次电子二次电子一次电子一次电子陪畦结妒蓬茨嘱歪啸牌尽羽开庭砧谓苯侧纸搓遮槽蛆鸦蘑尧靖右唁痉宅拈第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20243737三、光电倍增管的基本特性参数三、光电倍增管的基本特性参数1 1．灵敏度和光谱响应度．灵敏度和光谱响应度 ØØ阴极灵敏度阴极灵敏度阴极灵敏度阴极灵敏度S SKK：：：： ( ( ( (μAμA／／／／lmlm) ) ) ) 阴极电流阴极电流阴极电流阴极电流 i iKK：：：：由光电阴极发射到第一倍增极由光电阴极发射到第一倍增极由光电阴极发射到第一倍增极由光电阴极发射到第一倍增极D D上的电流。

上的电流上的电流上的电流 入射到光电阴极的光通量为入射到光电阴极的光通量为入射到光电阴极的光通量为入射到光电阴极的光通量为φ φ，，，， ØØ阳极灵敏度阳极灵敏度阳极灵敏度阳极灵敏度S Sa a：：：： ( ( ( (A A／／／／lmlm) ) ) ) 阳极电流阳极电流阳极电流阳极电流 i ia a：光电信增管的输出电流光电信增管的输出电流光电信增管的输出电流光电信增管的输出电流烩靳抛颖十豹露忍滁式惭莫跪宁那瓤陪峪惠溜封瀑坑餐卢操玲缄贩锑掺矢第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20243838ØØ阴极电流光谱响应度阴极电流光谱响应度阴极电流光谱响应度阴极电流光谱响应度R RKK( ( ( (λλλλ) ) ) ) R RKK( ( ( (λλλλ) ) ) )是入射光波长为是入射光波长为是入射光波长为是入射光波长为λλλλ时的阴极电流，时的阴极电流，时的阴极电流，时的阴极电流，ηηηη( ( ( (λλλλ) ) ) )是量子效率，是量子效率，是量子效率，是量子效率，P PI I( ( ( (λλλλ) ) ) )是波长为是波长为是波长为是波长为λλλλ时的光功率，时的光功率，时的光功率，时的光功率，q q为电子电荷电量。

为电子电荷电量为电子电荷电量为电子电荷电量ØØ阳极电流光谱响应度阳极电流光谱响应度阳极电流光谱响应度阳极电流光谱响应度R Ra a( ( ( (λλλλ) ) ) )ØØ阴极积分电流响应度阴极积分电流响应度阴极积分电流响应度阴极积分电流响应度R RKKØØ阳极积分电流响应度阳极积分电流响应度阳极积分电流响应度阳极积分电流响应度R RA AG为放大倍数为放大倍数（电流增益）（电流增益）（电流增益）（电流增益）察捷靴绦枣络崭菏禾坯隅贞烙压阵秧唇崎炔撂济蹿袭亲柳治亲医艺菇柑皮第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202439392. 2. 暗电流暗电流暗电流暗电流引起暗电流的因素：引起暗电流的因素：引起暗电流的因素：引起暗电流的因素：(1)(1)光电阴极和第一倍增极的光电阴极和第一倍增极的光电阴极和第一倍增极的光电阴极和第一倍增极的热电子发射热电子发射热电子发射热电子发射在室温下即使无在室温下即使无在室温下即使无在室温下即使无光照也会有部分电子逸出表面，经放大到达阳极成为暗电光照也会有部分电子逸出表面，经放大到达阳极成为暗电光照也会有部分电子逸出表面，经放大到达阳极成为暗电光照也会有部分电子逸出表面，经放大到达阳极成为暗电流。

这是光电倍增管的主要暗电流这是光电倍增管的主要暗电流这是光电倍增管的主要暗电流这是光电倍增管的主要暗电流2)(2)极间漏电流极间漏电流极间漏电流极间漏电流由于光电倍增管各级绝缘强度不够或极间由于光电倍增管各级绝缘强度不够或极间由于光电倍增管各级绝缘强度不够或极间由于光电倍增管各级绝缘强度不够或极间灰尘放电引起漏电流灰尘放电引起漏电流灰尘放电引起漏电流灰尘放电引起漏电流3)(3)离子和光的反馈作用离子和光的反馈作用离子和光的反馈作用离子和光的反馈作用由于抽真空技术限制，管内总存由于抽真空技术限制，管内总存由于抽真空技术限制，管内总存由于抽真空技术限制，管内总存在一些残余气体，它们被运动电子碰撞电离，电离的电子在一些残余气体，它们被运动电子碰撞电离，电离的电子在一些残余气体，它们被运动电子碰撞电离，电离的电子在一些残余气体，它们被运动电子碰撞电离，电离的电子经放大形成暗电流另外，这些离子打在管壁上产生荧光经放大形成暗电流另外，这些离子打在管壁上产生荧光经放大形成暗电流另外，这些离子打在管壁上产生荧光经放大形成暗电流另外，这些离子打在管壁上产生荧光再反射至阴极造成光反馈，形成暗电流再反射至阴极造成光反馈，形成暗电流。

再反射至阴极造成光反馈，形成暗电流再反射至阴极造成光反馈，形成暗电流4)(4)场致发射场致发射场致发射场致发射场致发射是一种自持放电其原因是因为电场致发射是一种自持放电其原因是因为电场致发射是一种自持放电其原因是因为电场致发射是一种自持放电其原因是因为电极上的尖端、棱角、粗糙边缘在高压下极上的尖端、棱角、粗糙边缘在高压下极上的尖端、棱角、粗糙边缘在高压下极上的尖端、棱角、粗糙边缘在高压下( (一般场强达一般场强达一般场强达一般场强达10105 5V V／／／／cmcm或极间电压大于或极间电压大于或极间电压大于或极间电压大于200V)200V)才发生5)(5)放射性同位素和宇宙射线的影响放射性同位素和宇宙射线的影响放射性同位素和宇宙射线的影响放射性同位素和宇宙射线的影响因光电倍增管的光窗因光电倍增管的光窗因光电倍增管的光窗因光电倍增管的光窗材料含材料含材料含材料含KK4040( (钾钾钾钾) )，它衰变产生一种发光的，它衰变产生一种发光的，它衰变产生一种发光的，它衰变产生一种发光的β β粒子；宇宙射线粒子；宇宙射线粒子；宇宙射线粒子；宇宙射线中的中的中的中的μ μ介子穿过窗而成为光子它们射到光电阴极上而产介子穿过窗而成为光子。

它们射到光电阴极上而产介子穿过窗而成为光子它们射到光电阴极上而产介子穿过窗而成为光子它们射到光电阴极上而产生生生生——种暗电流种暗电流种暗电流种暗电流( (可采用一种无钾的石英窗来大大减弱可采用一种无钾的石英窗来大大减弱可采用一种无钾的石英窗来大大减弱可采用一种无钾的石英窗来大大减弱) )暂奢诵雪抱纫衫赘趾孝月赣梁豫之吼效摊您御丑乱至室汽靳稍翟廓盖请掉第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20244040减少暗电流的方法：减少暗电流的方法： 主要是选好光电倍增管的极间电压有了合适的主要是选好光电倍增管的极间电压有了合适的主要是选好光电倍增管的极间电压有了合适的主要是选好光电倍增管的极间电压有了合适的极间电压可避开光反馈、场致发射及宇宙射线等极间电压可避开光反馈、场致发射及宇宙射线等极间电压可避开光反馈、场致发射及宇宙射线等极间电压可避开光反馈、场致发射及宇宙射线等造成的不稳定状态的影响其余还可按下述方法造成的不稳定状态的影响其余还可按下述方法造成的不稳定状态的影响其余还可按下述方法造成的不稳定状态的影响其余还可按下述方法来减少：来减少：来减少：来减少： ① ① ① ①在阳极回路中加上与暗电流相反的直流成份在阳极回路中加上与暗电流相反的直流成份在阳极回路中加上与暗电流相反的直流成份在阳极回路中加上与暗电流相反的直流成份来补偿；来补偿；来补偿；来补偿； ② ② ② ②在倍增输出电路中加一选频或锁相放大器滤在倍增输出电路中加一选频或锁相放大器滤在倍增输出电路中加一选频或锁相放大器滤在倍增输出电路中加一选频或锁相放大器滤掉暗电流；掉暗电流；掉暗电流；掉暗电流； ③ ③ ③ ③利用冷却法减小热电子发射。

利用冷却法减小热电子发射利用冷却法减小热电子发射利用冷却法减小热电子发射椽洁弦堵饯竹续消淮教茸栏尺枝均凸捏康唱挪裂幢绍驱困叶颓梢拴黔篇啄第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202441413 3．伏安特性．伏安特性(1)(1)(1)(1)阴极伏安特性阴极伏安特性阴极伏安特性阴极伏安特性 当入射照度当入射照度当入射照度当入射照度E E一定时，阴极发射电流一定时，阴极发射电流一定时，阴极发射电流一定时，阴极发射电流I IKK与阴极和第一倍与阴极和第一倍与阴极和第一倍与阴极和第一倍增极之间的电压增极之间的电压增极之间的电压增极之间的电压( ( ( (简称阴极电压简称阴极电压简称阴极电压简称阴极电压) ) ) )V VKK的关系称为阴极伏安特的关系称为阴极伏安特的关系称为阴极伏安特的关系称为阴极伏安特性 图为不同照度下测得的特性曲线当阴极电压大于一图为不同照度下测得的特性曲线当阴极电压大于一图为不同照度下测得的特性曲线当阴极电压大于一图为不同照度下测得的特性曲线。

当阴极电压大于一定值定值定值定值( ( ( (几十伏几十伏几十伏几十伏) ) ) )后，阴极电流开始趋向饱和，与入射光通量后，阴极电流开始趋向饱和，与入射光通量后，阴极电流开始趋向饱和，与入射光通量后，阴极电流开始趋向饱和，与入射光通量φφφφ成线性变化成线性变化成线性变化成线性变化虚套蕊汀掘裕遭譬绕谬暇犯瞻颓臀窘椭滩颧渝咐脐嫂射努胁集承峭商蠢呼第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20244242(2)(2)阳极伏安特性阳极伏安特性 当入射光照度一定时，阳极电流当入射光照度一定时，阳极电流当入射光照度一定时，阳极电流当入射光照度一定时，阳极电流I Ia a与最后一级倍增极之与最后一级倍增极之与最后一级倍增极之与最后一级倍增极之间的电压间的电压间的电压间的电压( ( ( (简称阳极电压简称阳极电压简称阳极电压简称阳极电压) ) ) )V Va a的关系称为阳极伏安特性图为的关系称为阳极伏安特性图为的关系称为阳极伏安特性图为的关系称为阳极伏安特性图为不同照度下测得的特性曲线，当阳极电压达不同照度下测得的特性曲线，当阳极电压达不同照度下测得的特性曲线，当阳极电压达不同照度下测得的特性曲线，当阳极电压达50505050V V以后，阳极以后，阳极以后，阳极以后，阳极电流趋向饱和，与入射到阴极面上的照度成线性关系。

电流趋向饱和，与入射到阴极面上的照度成线性关系电流趋向饱和，与入射到阴极面上的照度成线性关系电流趋向饱和，与入射到阴极面上的照度成线性关系嫩焕酌掠面嗡腿瑞蘑于吮渍么券辽审侧孩芯彤屎酥寇伟异蜘罗咐赦议暇处第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202443434. 4. 线性线性ØØ光电倍增管的线性是光电测量系统中的一个重要光电倍增管的线性是光电测量系统中的一个重要光电倍增管的线性是光电测量系统中的一个重要光电倍增管的线性是光电测量系统中的一个重要指标ØØ它既与光电倍增管的内部结构有关，在很大程度它既与光电倍增管的内部结构有关，在很大程度它既与光电倍增管的内部结构有关，在很大程度它既与光电倍增管的内部结构有关，在很大程度上也取决于外部的上也取决于外部的上也取决于外部的上也取决于外部的高压供电电路高压供电电路高压供电电路高压供电电路及及及及信号输出电路信号输出电路信号输出电路信号输出电路ØØ造成非线性的原因可分为两类：造成非线性的原因可分为两类：造成非线性的原因可分为两类：造成非线性的原因可分为两类：①①①①内因内因内因内因————————空间电荷、光电阴极的电阻率、聚焦或空间电荷、光电阴极的电阻率、聚焦或空间电荷、光电阴极的电阻率、聚焦或空间电荷、光电阴极的电阻率、聚焦或收集效率的变化；收集效率的变化；收集效率的变化；收集效率的变化；②②②②外因外因外因外因————————由于信号电流造成负载电阻的负反馈和由于信号电流造成负载电阻的负反馈和由于信号电流造成负载电阻的负反馈和由于信号电流造成负载电阻的负反馈和电压的再分配。

电压的再分配电压的再分配电压的再分配呆咖蒂背绘智萌革率慧糜寥馒揩蔓纠盾孪亨胺午秀隧掖芒祭拔浦满鹊给途第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202444445. 5. 稳定性稳定性ØØ光电倍增管的稳定性主要是指阳极电流随工作时间的变化光电倍增管的稳定性主要是指阳极电流随工作时间的变化光电倍增管的稳定性主要是指阳极电流随工作时间的变化光电倍增管的稳定性主要是指阳极电流随工作时间的变化ØØ光电倍增管的不稳定性主要表现在以下方面：光电倍增管的不稳定性主要表现在以下方面：光电倍增管的不稳定性主要表现在以下方面：光电倍增管的不稳定性主要表现在以下方面：(1)(1)(1)(1)在长期工作过程中，灵敏度的在长期工作过程中，灵敏度的在长期工作过程中，灵敏度的在长期工作过程中，灵敏度的慢漂移慢漂移慢漂移慢漂移 如图所示，慢漂移主要是由于最后几级倍增极在大量电子轰击下受损，引如图所示，慢漂移主要是由于最后几级倍增极在大量电子轰击下受损，引如图所示，慢漂移主要是由于最后几级倍增极在大量电子轰击下受损，引如图所示，慢漂移主要是由于最后几级倍增极在大量电子轰击下受损，引起二次发射系数变化。

这种漂移主要取决于阳极电流的大小，而与所加的起二次发射系数变化这种漂移主要取决于阳极电流的大小，而与所加的起二次发射系数变化这种漂移主要取决于阳极电流的大小，而与所加的起二次发射系数变化这种漂移主要取决于阳极电流的大小，而与所加的高压关系不太大因此，在稳定性要求比较高的场合，阳极光电流应控制高压关系不太大因此，在稳定性要求比较高的场合，阳极光电流应控制高压关系不太大因此，在稳定性要求比较高的场合，阳极光电流应控制高压关系不太大因此，在稳定性要求比较高的场合，阳极光电流应控制在在在在1μA1μA以下扣吼咒顷力义啼洼潮仁散歼搀苯察帮靶溅啤归劣喳绅益更丹冀事甲烯嘶疼第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20244545(2)(2)滞后效应滞后效应ØØ在光电倍增管加上高压或开在光电倍增管加上高压或开在光电倍增管加上高压或开在光电倍增管加上高压或开始光照的短时间始光照的短时间始光照的短时间始光照的短时间( ( ( (几秒或几几秒或几几秒或几几秒或几十秒十秒十秒十秒) ) ) )内，阳极输出电流存内，阳极输出电流存内，阳极输出电流存内，阳极输出电流存在短暂的不稳定，电流可能在短暂的不稳定，电流可能在短暂的不稳定，电流可能在短暂的不稳定，电流可能比稳定值大比稳定值大比稳定值大比稳定值大————些，也可能小些，也可能小些，也可能小些，也可能小一些，这种不稳定现象称为一些，这种不稳定现象称为一些，这种不稳定现象称为一些，这种不稳定现象称为滞后效应。

滞后效应滞后效应滞后效应ØØ滞后效应主要由于电子偏离滞后效应主要由于电子偏离滞后效应主要由于电子偏离滞后效应主要由于电子偏离设计的轨迹以及倍增极的陶设计的轨迹以及倍增极的陶设计的轨迹以及倍增极的陶设计的轨迹以及倍增极的陶瓷支架和玻壳等瓷支架和玻壳等瓷支架和玻壳等瓷支架和玻壳等静电静电静电静电作用引作用引作用引作用引起的当入射的光照变化，起的当入射的光照变化，起的当入射的光照变化，起的当入射的光照变化，而所加的电压也跟随着变化而所加的电压也跟随着变化而所加的电压也跟随着变化而所加的电压也跟随着变化时滞后效应特别明显时滞后效应特别明显时滞后效应特别明显时滞后效应特别明显ØØ先使光电倍增管在正常条件下先使光电倍增管在正常条件下先使光电倍增管在正常条件下先使光电倍增管在正常条件下工作工作工作工作5 5 5 5分钟，然后停止光照分钟，然后停止光照分钟，然后停止光照分钟，然后停止光照1 1 1 1分分分分钟，再重新升启光照，测量光钟，再重新升启光照，测量光钟，再重新升启光照，测量光钟，再重新升启光照，测量光电倍增管在受照电倍增管在受照电倍增管在受照电倍增管在受照1 1 1 1分钟内输出分钟内输出分钟内输出分钟内输出电流的变化。

电流的变化电流的变化电流的变化滞后系数滞后系数保痰苦厂震蔼绰钡苯畅数你腰吸腐朝谢召窜驹缨刺恢胡胖材奋芝蘑咳垣殃第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20244646(3)(3)老化老化ØØ光电倍增管的残余气体与光电阴极作用，玻璃中的光电倍增管的残余气体与光电阴极作用，玻璃中的光电倍增管的残余气体与光电阴极作用，玻璃中的光电倍增管的残余气体与光电阴极作用，玻璃中的NaNaNaNa离子离子离子离子渗入光电阴极而使灵敏度下降的现象称为老化，是一种渗入光电阴极而使灵敏度下降的现象称为老化，是一种渗入光电阴极而使灵敏度下降的现象称为老化，是一种渗入光电阴极而使灵敏度下降的现象称为老化，是一种不不不不可逆可逆可逆可逆过程ØØ解决办法：解决办法：解决办法：解决办法：uu把新的光电倍增管自然老化一段时间后再使用；把新的光电倍增管自然老化一段时间后再使用；把新的光电倍增管自然老化一段时间后再使用；把新的光电倍增管自然老化一段时间后再使用；uu使用的阳极电流小一些可减慢老化过程使用的阳极电流小一些可减慢老化过程使用的阳极电流小一些可减慢老化过程使用的阳极电流小一些可减慢老化过程。

4)(4)疲劳疲劳ØØ是是是是可逆可逆可逆可逆过程，同阳极电流、倍增极材料以及使用前存放条过程，同阳极电流、倍增极材料以及使用前存放条过程，同阳极电流、倍增极材料以及使用前存放条过程，同阳极电流、倍增极材料以及使用前存放条件有关ØØ灵敏度降低后，在黑暗中放置几小时可恢复到原来状态灵敏度降低后，在黑暗中放置几小时可恢复到原来状态灵敏度降低后，在黑暗中放置几小时可恢复到原来状态灵敏度降低后，在黑暗中放置几小时可恢复到原来状态主驼疡完碗犬奠溺拆扭御导茬伤涵翁报痪银诧蛇绩蚕考惨赌象刷嗡猫讣咆第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20244747 6 6．时间特性和频率特性．时间特性和频率特性(1)(1)(1)(1)上升时间上升时间上升时间上升时间 光电倍增管的阳极输出脉冲上升时间定义为整个光电阴光电倍增管的阳极输出脉冲上升时间定义为整个光电阴光电倍增管的阳极输出脉冲上升时间定义为整个光电阴光电倍增管的阳极输出脉冲上升时间定义为整个光电阴极在极在极在极在δδδδ函数的光脉冲照射下，阳极电流从脉冲峰值的函数的光脉冲照射下，阳极电流从脉冲峰值的函数的光脉冲照射下，阳极电流从脉冲峰值的函数的光脉冲照射下，阳极电流从脉冲峰值的1010％％％％上上上上升到升到升到升到9090％％％％所需的时间。

所需的时间所需的时间所需的时间 (2)(2)(2)(2)渡越时间渡越时间渡越时间渡越时间 一个一个一个一个δ δ函数的光脉冲到达函数的光脉冲到达函数的光脉冲到达函数的光脉冲到达光电阴极至阳极输出脉冲光电阴极至阳极输出脉冲光电阴极至阳极输出脉冲光电阴极至阳极输出脉冲电流达到最大值的时间间电流达到最大值的时间间电流达到最大值的时间间电流达到最大值的时间间隔定义为光电子的渡越时隔定义为光电子的渡越时隔定义为光电子的渡越时隔定义为光电子的渡越时间间间间渡越时间渡越时间渡越时间渡越时间90%90%90%90%10%10%10%10%上升时间上升时间上升时间上升时间光脉冲光脉冲光脉冲光脉冲电流脉冲电流脉冲电流脉冲电流脉冲务活郎雌沼坟应栏天凛充植剪椽锅砷缚淌簧奴罗吝撩妒钱太顺耍萤挠浸盯第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20244848(3)(3)(3)(3)渡越时间离散渡越时间离散渡越时间离散渡越时间离散ØØ表示表示表示表示δδδδ函数光脉冲照到光电阴极函数光脉冲照到光电阴极函数光脉冲照到光电阴极函数光脉冲照到光电阴极的不同区域，发射的电子到达阳的不同区域，发射的电子到达阳的不同区域，发射的电子到达阳的不同区域，发射的电子到达阳极的渡越时间的不一致性。

极的渡越时间的不一致性极的渡越时间的不一致性极的渡越时间的不一致性聚焦型倍增极的聚焦型倍增极的渡越时间离散低渡越时间离散低渡越时间离散低渡越时间离散低匀菊近旨壕肥患晰剔莫寡常舍懦政贤们巍鬃篡非涯胺挖皆朽莽吓搅赃凌净第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202449497. 7. 磁场特性磁场特性ØØ大部分光电倍增管都会受到周围环境磁场的影响光电子在大部分光电倍增管都会受到周围环境磁场的影响光电子在大部分光电倍增管都会受到周围环境磁场的影响光电子在大部分光电倍增管都会受到周围环境磁场的影响光电子在磁场的作用下将会偏离正常的运动轨迹，引起光电倍增管灵磁场的作用下将会偏离正常的运动轨迹，引起光电倍增管灵磁场的作用下将会偏离正常的运动轨迹，引起光电倍增管灵磁场的作用下将会偏离正常的运动轨迹，引起光电倍增管灵敏度下降，噪声增加敏度下降，噪声增加敏度下降，噪声增加敏度下降，噪声增加ØØ外部磁场对光电倍增管的影响程度与管子的结构和磁场的方外部磁场对光电倍增管的影响程度与管子的结构和磁场的方外部磁场对光电倍增管的影响程度与管子的结构和磁场的方外部磁场对光电倍增管的影响程度与管子的结构和磁场的方向有关。

向有关ØØ图中是直径为图中是直径为图中是直径为图中是直径为51mm51mm51mm51mm的百叶窗式光电倍增管的典型特性曲线的百叶窗式光电倍增管的典型特性曲线的百叶窗式光电倍增管的典型特性曲线的百叶窗式光电倍增管的典型特性曲线从图中可见，即使在地球磁场作用下，管子旋转或换一个方从图中可见，即使在地球磁场作用下，管子旋转或换一个方从图中可见，即使在地球磁场作用下，管子旋转或换一个方从图中可见，即使在地球磁场作用下，管子旋转或换一个方向工作，输出信号都会产生明显的变化向工作，输出信号都会产生明显的变化向工作，输出信号都会产生明显的变化向工作，输出信号都会产生明显的变化a)(a)沿轴向指向阳极沿轴向指向阳极(b)(b)沿轴向指向阴极沿轴向指向阴极(c)(c)垂直轴线和百叶方向垂直轴线和百叶方向(d)(d)垂直轴线沿百叶方向垂直轴线沿百叶方向赔阵沛知启皂虽捌狰夷丢浊赡兽耸啡闭芽简迟卿蹿迭疼揭滔札瓷绦汞步垃第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20245050减小外部磁场影响的方法：减小外部磁场影响的方法：减小外部磁场影响的方法：减小外部磁场影响的方法：ØØ在管子外部加一个磁屏蔽筒在管子外部加一个磁屏蔽筒在管子外部加一个磁屏蔽筒在管子外部加一个磁屏蔽筒，但屏蔽筒边缘的磁屏蔽作用，但屏蔽筒边缘的磁屏蔽作用，但屏蔽筒边缘的磁屏蔽作用，但屏蔽筒边缘的磁屏蔽作用明显减弱。

明显减弱明显减弱明显减弱磁磁屏屏蔽蔽度度诵潍裔敞夜纤茁晦圣急题魔虑入萨呕肌暂纲娃凛奢忿亮肛芒椎傀走侍辰瞒第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20245151 8 8．空间均匀性．空间均匀性 ØØ主要由光电阴极表面的均匀性和倍增极的结构决定主要由光电阴极表面的均匀性和倍增极的结构决定主要由光电阴极表面的均匀性和倍增极的结构决定主要由光电阴极表面的均匀性和倍增极的结构决定ØØ在光电倍增管聚焦极设计时，虽然考虑到从光电阴极或倍增极发射的电在光电倍增管聚焦极设计时，虽然考虑到从光电阴极或倍增极发射的电在光电倍增管聚焦极设计时，虽然考虑到从光电阴极或倍增极发射的电在光电倍增管聚焦极设计时，虽然考虑到从光电阴极或倍增极发射的电子能被第一或以后各级有效地收集，但一些电子仍可能会偏离设计轨迹，子能被第一或以后各级有效地收集，但一些电子仍可能会偏离设计轨迹，子能被第一或以后各级有效地收集，但一些电子仍可能会偏离设计轨迹，子能被第一或以后各级有效地收集，但一些电子仍可能会偏离设计轨迹，使收集效率降低，收集效率随发射光电子的光电阴极位置变化而变化，使收集效率降低，收集效率随发射光电子的光电阴极位置变化而变化，使收集效率降低，收集效率随发射光电子的光电阴极位置变化而变化，使收集效率降低，收集效率随发射光电子的光电阴极位置变化而变化，从而影响光电倍增管的空间均匀性。

从而影响光电倍增管的空间均匀性从而影响光电倍增管的空间均匀性从而影响光电倍增管的空间均匀性ØØ图中表示在某一端窗式光电倍增管的光电阴极上分别用波长为图中表示在某一端窗式光电倍增管的光电阴极上分别用波长为图中表示在某一端窗式光电倍增管的光电阴极上分别用波长为图中表示在某一端窗式光电倍增管的光电阴极上分别用波长为400nm400nm和和和和800nm800nm，直径为，直径为，直径为，直径为1mm1mm的光点在的光点在的光点在的光点在X X和和和和Y Y两个方向上扫描，测出的阳极输出电两个方向上扫描，测出的阳极输出电两个方向上扫描，测出的阳极输出电两个方向上扫描，测出的阳极输出电流与光点位置的函数关系，即光谱灵敏度与光电阴极位置的关系流与光点位置的函数关系，即光谱灵敏度与光电阴极位置的关系流与光点位置的函数关系，即光谱灵敏度与光电阴极位置的关系流与光点位置的函数关系，即光谱灵敏度与光电阴极位置的关系措施：措施：措施：措施：1)1)1)1)光斑均匀光斑均匀光斑均匀光斑均匀 2) 2) 2) 2)加漫射器加漫射器加漫射器加漫射器( ( ( (对于偏振光，降低偏振度，减小偏振误差对于偏振光，降低偏振度，减小偏振误差对于偏振光，降低偏振度，减小偏振误差对于偏振光，降低偏振度，减小偏振误差) ) ) )脱谍螺搂歼艇斌屿止疲列花洒氏占片峰赃奶幼等汤每斋旭妙蜕露功坑柞耽第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202452529 9 9 9．偏振效应．偏振效应．偏振效应．偏振效应 ØØ如果用恒定的线偏振光以某一如果用恒定的线偏振光以某一如果用恒定的线偏振光以某一如果用恒定的线偏振光以某一θθθθ角入射到光电阴极面上，当不断改变角入射到光电阴极面上，当不断改变角入射到光电阴极面上，当不断改变角入射到光电阴极面上，当不断改变偏振面时，阳极输出电流也会发生相应的变化。

偏振面时，阳极输出电流也会发生相应的变化偏振面时，阳极输出电流也会发生相应的变化偏振面时，阳极输出电流也会发生相应的变化ØØ图中为用不同波长的线图中为用不同波长的线图中为用不同波长的线图中为用不同波长的线偏振光测量时得到的特性曲线一般的光电测偏振光测量时得到的特性曲线一般的光电测偏振光测量时得到的特性曲线一般的光电测偏振光测量时得到的特性曲线一般的光电测量系统中，测量光往往都存在一定程度的偏振，如果测量光的偏振度量系统中，测量光往往都存在一定程度的偏振，如果测量光的偏振度量系统中，测量光往往都存在一定程度的偏振，如果测量光的偏振度量系统中，测量光往往都存在一定程度的偏振，如果测量光的偏振度或偏振方向是随时变化的，就可能会引起较大的偏振误差或偏振方向是随时变化的，就可能会引起较大的偏振误差或偏振方向是随时变化的，就可能会引起较大的偏振误差或偏振方向是随时变化的，就可能会引起较大的偏振误差ØØ解决方法：在光电倍增管前安装漫射器，以减少这类误差解决方法：在光电倍增管前安装漫射器，以减少这类误差解决方法：在光电倍增管前安装漫射器，以减少这类误差解决方法：在光电倍增管前安装漫射器，以减少这类误差。

相相对对输输出出％％偏振光偏振角度偏振光偏振角度/（（o））驰涌值恍傀樱销腔衷拴乡跨亨潦沉遣汇柜淋第掐羚剖良陋剖互噶弓不像坤第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/2024535310. 10. 10. 10. 噪声噪声噪声噪声ØØ光电倍增管的噪声主要是散粒噪声，包括阴极电流产生的光电倍增管的噪声主要是散粒噪声，包括阴极电流产生的光电倍增管的噪声主要是散粒噪声，包括阴极电流产生的光电倍增管的噪声主要是散粒噪声，包括阴极电流产生的散粒噪声和各级倍增极产生的散粒噪声散粒噪声和各级倍增极产生的散粒噪声散粒噪声和各级倍增极产生的散粒噪声散粒噪声和各级倍增极产生的散粒噪声ØØ阴极散粒噪声的均方值阴极散粒噪声的均方值阴极散粒噪声的均方值阴极散粒噪声的均方值ØØ阳极散粒噪声的均方值阳极散粒噪声的均方值阳极散粒噪声的均方值阳极散粒噪声的均方值 K K为过剩噪声因子，为过剩噪声因子，为过剩噪声因子，为过剩噪声因子，表征倍增系统所引入的散粒噪声表征倍增系统所引入的散粒噪声表征倍增系统所引入的散粒噪声表征倍增系统所引入的散粒噪声 降噪措施：增加降噪措施：增加降噪措施：增加降噪措施：增加第一倍增极的倍增系数第一倍增极的倍增系数第一倍增极的倍增系数第一倍增极的倍增系数δδδδ1 1 1 1δ δ：其他各级的倍增系数：其他各级的倍增系数：其他各级的倍增系数：其他各级的倍增系数库桐替蚜咖澎驾讽巩坐委苑悯冉岂砚瞧抉塘清憾贝娜辟崭陛尤悍舷褥从嫌第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20245454四、光电倍增管材料四、光电倍增管材料1 1 1 1）窗口材料：）窗口材料：）窗口材料：）窗口材料：ØØ考虑波段、材料本身特性的影响。

考虑波段、材料本身特性的影响考虑波段、材料本身特性的影响考虑波段、材料本身特性的影响ØØ常用材料：硼硅玻璃、透紫外玻璃、熔融石英、蓝宝石、常用材料：硼硅玻璃、透紫外玻璃、熔融石英、蓝宝石、常用材料：硼硅玻璃、透紫外玻璃、熔融石英、蓝宝石、常用材料：硼硅玻璃、透紫外玻璃、熔融石英、蓝宝石、MgFMgF2 22 2 2 2）倍增极材料：）倍增极材料：）倍增极材料：）倍增极材料：ØØ用二次电子发射系数用二次电子发射系数用二次电子发射系数用二次电子发射系数δδδδ表示倍增极材料的性能；表示倍增极材料的性能；表示倍增极材料的性能；表示倍增极材料的性能；ØØ光电性能良好的材料也是良好的二次电子发射体光电性能良好的材料也是良好的二次电子发射体光电性能良好的材料也是良好的二次电子发射体光电性能良好的材料也是良好的二次电子发射体ØØ常用材料：锑化铯、银－镁合金、铜铍合金、负电子亲常用材料：锑化铯、银－镁合金、铜铍合金、负电子亲常用材料：锑化铯、银－镁合金、铜铍合金、负电子亲常用材料：锑化铯、银－镁合金、铜铍合金、负电子亲和势材料和势材料和势材料和势材料癸铬涣歹品驮粹艇遥揪胁携但泊完儒列粥翻钾诞耻虽穿我诈短胎哀伪祸堕第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20245555ØØ它的核心是一块由许多外径仅它的核心是一块由许多外径仅它的核心是一块由许多外径仅它的核心是一块由许多外径仅100μm100μm100μm100μm左右的细空心玻璃纤左右的细空心玻璃纤左右的细空心玻璃纤左右的细空心玻璃纤维纵向紧密排列而成的薄片。

维纵向紧密排列而成的薄片维纵向紧密排列而成的薄片维纵向紧密排列而成的薄片ØØ管壁具有较高的二次电子发射系数管壁具有较高的二次电子发射系数管壁具有较高的二次电子发射系数管壁具有较高的二次电子发射系数ØØ板的两个端面用电镀的方法涂覆一层金属作为电极，形成板的两个端面用电镀的方法涂覆一层金属作为电极，形成板的两个端面用电镀的方法涂覆一层金属作为电极，形成板的两个端面用电镀的方法涂覆一层金属作为电极，形成加速电场加速电场加速电场加速电场＋＋＋＋850V850V输入电子输入电子输入电子输入电子输出电子输出电子输出电子输出电子镍电极镍电极镍电极镍电极微通道面阵微通道面阵微通道面阵微通道面阵加固环加固环加固环加固环微通道板剖面示意图微通道板剖面示意图微通道板剖面示意图微通道板剖面示意图1. 1. 1. 1. 结构结构结构结构§3-4 3-4 微通道板光电倍增管微通道板光电倍增管伞弛苔渝涕多床虑作恋岩讫削尸经挤准扳妊俱蚀科护诛嚷肪馒摘连徐犁咀第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202456562. 2. 工作原理工作原理ØØ以一定角度射入通道的电子及由其碰撞管壁释放出的以一定角度射入通道的电子及由其碰撞管壁释放出的以一定角度射入通道的电子及由其碰撞管壁释放出的以一定角度射入通道的电子及由其碰撞管壁释放出的二次电子在这个纵向电场的作用下，将沿着管轴曲折二次电子在这个纵向电场的作用下，将沿着管轴曲折二次电子在这个纵向电场的作用下，将沿着管轴曲折二次电子在这个纵向电场的作用下，将沿着管轴曲折前进。

每一次曲折就产生一次倍增每一次曲折就产生一次倍增每一次曲折就产生一次倍增每一次曲折就产生一次倍增ØØ而在前后两次碰撞之间，电子又获得而在前后两次碰撞之间，电子又获得而在前后两次碰撞之间，电子又获得而在前后两次碰撞之间，电子又获得100100100100～～～～200V200V200V200V电压电压电压电压的加速，电子在管内径为微米的几毫米厚的通道板中的加速，电子在管内径为微米的几毫米厚的通道板中的加速，电子在管内径为微米的几毫米厚的通道板中的加速，电子在管内径为微米的几毫米厚的通道板中进行多次曲折可获得进行多次曲折可获得进行多次曲折可获得进行多次曲折可获得101010107 7 7 7～～～～101010108 8 8 8的增益，超过了一般光的增益，超过了一般光的增益，超过了一般光的增益，超过了一般光电倍增管的水平电倍增管的水平电倍增管的水平电倍增管的水平入射电子入射电子入射电子入射电子出射电子出射电子出射电子出射电子通道通道通道通道工作电压工作电压工作电压工作电压微通道板倍增过程示意图微通道板倍增过程示意图微通道板倍增过程示意图微通道板倍增过程示意图馒穗惰衔孺栖弹绥猪蘑帧桅况盒酥祸鸯章警蜀柒体拷旨璃沿沽商钝拦幕悉第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202457573. 3. 优点优点ØØ高增益：高增益：高增益：高增益：101010107 7 7 7～～～～101010108 8 8 8ØØ低噪声低噪声低噪声低噪声ØØ高分辨率高分辨率高分辨率高分辨率ØØ低功耗低功耗低功耗低功耗ØØ能传输二维图像能传输二维图像能传输二维图像能传输二维图像益佑琳戒曳矩诌墙尾千浓梳慰听奔膀莱夕冻溅慰慈驼骚匈刹痞戈炒犀衙苏第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202458584. 4. 增益增益ØØ微通道板的电流增益与板微通道板的电流增益与板微通道板的电流增益与板微通道板的电流增益与板的结构尺寸和工作电压有的结构尺寸和工作电压有的结构尺寸和工作电压有的结构尺寸和工作电压有密切关系。

密切关系密切关系密切关系ØØ由图可见，微通道板的增由图可见，微通道板的增由图可见，微通道板的增由图可见，微通道板的增益存在一个最大值，该值益存在一个最大值，该值益存在一个最大值，该值益存在一个最大值，该值随工作电压的增高而增大随工作电压的增高而增大随工作电压的增高而增大随工作电压的增高而增大在峰值附近，增益曲线比在峰值附近，增益曲线比在峰值附近，增益曲线比在峰值附近，增益曲线比较平坦ØØ相对口径：相对口径：相对口径：相对口径：αααα＝＝＝＝L L/ /d d相对口径相对口径L/d电电流流增增益益G赁狭缚宽缔粮互帅蛀槽豌氏锻峰颓交赃讳内搏耍磷阅东樟荚赴兼缀风崔叉第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/202459595. 5. 微通道板的微通道板的自饱和特性自饱和特性ØØ自饱和：当输入电流密度增至一定程度后，其输出电流将自饱和：当输入电流密度增至一定程度后，其输出电流将自饱和：当输入电流密度增至一定程度后，其输出电流将自饱和：当输入电流密度增至一定程度后，其输出电流将不再增加不再增加不再增加不再增加ØØ原因：由于通道管壁上维持二次电子发射的传导电流与反原因：由于通道管壁上维持二次电子发射的传导电流与反原因：由于通道管壁上维持二次电子发射的传导电流与反原因：由于通道管壁上维持二次电子发射的传导电流与反向的二次电子所形成的附加电流共同作用产生的电阻效应向的二次电子所形成的附加电流共同作用产生的电阻效应向的二次电子所形成的附加电流共同作用产生的电阻效应向的二次电子所形成的附加电流共同作用产生的电阻效应所致。

所致ØØ特点：特点：特点：特点：(1)(1)(1)(1)这种自饱和现象可以在各个通道中这种自饱和现象可以在各个通道中这种自饱和现象可以在各个通道中这种自饱和现象可以在各个通道中独立独立独立独立地发生而不影响地发生而不影响地发生而不影响地发生而不影响相邻的通道饱和效应的相邻的通道饱和效应的相邻的通道饱和效应的相邻的通道饱和效应的恢复时间小于人眼的时间常数恢复时间小于人眼的时间常数恢复时间小于人眼的时间常数恢复时间小于人眼的时间常数，，，，所以出现了饱和效应的通道可以很快所以出现了饱和效应的通道可以很快所以出现了饱和效应的通道可以很快所以出现了饱和效应的通道可以很快自行恢复自行恢复自行恢复自行恢复2)(2)(2)(2)在观察局部强光在观察局部强光在观察局部强光在观察局部强光( ( ( (如车灯、信号弹、爆破、发射如车灯、信号弹、爆破、发射如车灯、信号弹、爆破、发射如车灯、信号弹、爆破、发射……………………等等等等) ) ) )的图像时，强光部位的增益将因通道板的自饱和特性而受的图像时，强光部位的增益将因通道板的自饱和特性而受的图像时，强光部位的增益将因通道板的自饱和特性而受的图像时，强光部位的增益将因通道板的自饱和特性而受到抑制，因此，观察者不会感到刺眼、晃动，更保护了荧到抑制，因此，观察者不会感到刺眼、晃动，更保护了荧到抑制，因此，观察者不会感到刺眼、晃动，更保护了荧到抑制，因此，观察者不会感到刺眼、晃动，更保护了荧光屏免遭因局部光强过强而被烧坏。

光屏免遭因局部光强过强而被烧坏光屏免遭因局部光强过强而被烧坏光屏免遭因局部光强过强而被烧坏及杰晰屏愈浙憨请绩掀措茬驹头辆注帚烘币君消使官悯伺隶疫裳池坏缚灾第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20246060作业作业ØØ62626262页：页：页：页：6 6 6 6题题题题ØØ88888888页：页：页：页：9 9 9 9、、、、11111111、、、、12(2) 12(2) 12(2) 12(2) 题题题题ØØ用单页纸答题用单页纸答题用单页纸答题用单页纸答题ØØ作业情况记入期末成绩，约占作业情况记入期末成绩，约占作业情况记入期末成绩，约占作业情况记入期末成绩，约占10101010％ØØ3 3 3 3月月月月25252525日（下次上课时）交日（下次上课时）交日（下次上课时）交日（下次上课时）交偿出袄伐菩锄羡述羽酚鸿揽辞潦手腐碱浊劳梭踢既瓦绎昏筋话目如匈隅魁第3章光电子发射测器第3章光电子发射测器7/24/20247/24/20246161。