光电探测与信号处理 第05章 光电子发射探测器.pptxVIP

光子探测器光电导探测器：M可以大于1输出光电流光电三极管：M~102雪崩光电二极管：M~103M－光电增益？？？？M~106第05章 光电子发射探测器Photoemissive detector,简称PE探测器－－也称为真空光电器件 光电 管：被半导体光电器件取代光电倍增管： 极高灵敏度 ～106 快速响应 ～pS应 用：微弱光信号、快速脉冲弱光信号第05章 光电子发射探测器5.1 光电阴极5.2 光电管和光电倍增管结构原理5.3 光电倍增管的主要特性参数5.4 光电倍增管的工作电路5.1 光电阴极具有外光电效应的材料 －－光电子发射体光电子发射探测器中的光电子发射体 －－又称为光电阴极 光电阴极是完成光电转换的重要部件，其性能好坏直接影响整个光电发射器件的性能！！！5.1 光电阴极常用的光电阴极材料金属：半导体：光吸收系数大得多，散射能量损失小，量子效率比金属大得多－－光谱响应：可见光和近红外波段。反射系数大、吸收系数小、碰撞损失能量大、逸出功大－－适应对紫外灵敏的光电探测器。 半导体材料广泛用作光电阴极 5.1 光电阴极电子亲和势Electron Affinity ，简称EA 电子亲和势EA 真空能级与导带底能级之差称为电子亲和势电子亲和势越小，材料发射光电子的能力越强。真空能级低于导带底能级？？？5.1 光电阴极常用的光电阴极材料常规光电阴极金属半导体负电子亲和势阴极半导体5.1 光电阴极1、常规光电阴极（1）Ag－O－Cs材料： 最早的光电阴极表5－1 主要应用于近红外探测 （2）单碱锑化物： CsSb阴极最为常用表5－1 紫外和可见光区的灵敏度最高 （3）多碱锑化物： Sb－Na－K－Cs 最实用的光电阴极材料，高灵敏度、宽光谱，红外端延伸930nm，用于宽带光谱测量仪5.1 光电阴极1、常规光电阴极4．紫外光电阴极 光电阴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“日盲”型光电阴极。实用的两种：响应范围(100—280nm)碲化铯(CsTe)－－长波限为0.32μm碘化铯(Csl) －－长波限为0.2 μm。5.1 光电阴极2. 负电子亲和势阴极Negative Electron Affinity ，简称NEA 负电子亲和势真空能级低于导带底能级发射光电子的能力更强2. 负电子亲和势阴极负电子亲和势材料结构、原理以Si-Cs2O光电阴极为例重掺杂的P型硅表面涂极薄的金属Cs，经过处理形成N型的Cs2O。 2. 负电子亲和势阴极P型Si的电子亲和势:N型Cs2O电子亲和势:EA1=E0-EC1>0EA2=E0-EC2>02. 负电子亲和势阴极体内：P型表面：N型入射光子体内电子，能级Ec1表面电子，能级Ec1表面逸出电子E0-Ec1< 0体内有效电子亲和势: EAe=E0-EC1<02. 负电子亲和势阴极NEA的最大优点： －－量子效率比常规发射体高得多 热电子－－受激电子能量超过导带底的电子 冷电子－－能量恰好等于导带底的电子 光电发射过程分析： NEA量子效率比常规发射体高得多！ 2. 负电子亲和势阴极NEA的优点：量子效率比常规发射体高得多 1、量子效率高2、阈值波长延伸到红外区3、由于“冷”电子发射，能量分散小，在成象器件中分辨率极高4、暗电流极小5、延伸的光谱区内其灵敏度均匀式（5－2）与式（1－65）对比第05章 光电子发射探测器5.1 光电阴极5.2 光电管和光电倍增管的结构原理5.3 光电倍增管的主要特性参数5.4 光电倍增管的工作电路5.2 光电管和光电倍增管的结构原理5.2.1 光电管特点：光电阴极面积大，灵敏度较高，一般积分灵敏度可达20～200μA/lm；暗电流小，最低可达10-14A；光电发射弛豫过程极短。 注意：真空光电管一般体积都比较大、工作电压高达百伏到数百伏、玻壳容易破碎等 5.2.2 光电倍增管Photomultiplier, 简称PMT 5.2.2 光电倍增管Photomultiplier, 简称PMT 结构：光窗 光电阴极 电子光学系统 电子倍增系统 阳极5.2.2 光电倍增管1. 光窗作用：1）光入射通道 2）短波阈值 反射式、透射式 (a)侧窗式；(b)端窗式 5.2.2 光电倍增管2. 光电阴极作用:1) 光电转换能力2) 长波波长阈值3) 决定整管灵敏度5.2.2 光电倍增管3.电子光学系统 －－通过电场加速和控制电子运动路线 作用:1）收集率接近于1 2）渡越时间零散最小 5.2.2 光电倍增管4.电子倍增极 －－由许多倍增极组成，决定整管灵敏度最关键部分; 作用－－倍增 10-15级倍增极5.2.2 光电倍增管 材 料4.电子倍增极 1）二次电子发射 二次电子一次电子二次电子发