PMT基础知识(内部培训资料 演示文稿.ppt

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光电倍增管 (有关知识培训) 一 光电倍增管基础知识(工作原理与结构、性能参数、特点与应用) 二 光电倍增管的选择(五项原则、实用例子) 三 光电倍增管的应用技术(分压器设计、输出电路考虑、信噪比提高、工作条件选择等) 四 光的探测(电荷积分法、计数法、能谱分析法、飞行时间法等) 光电倍增管基础知识 (内部培训资料) 光电倍增管基础知识 1 工作原理与结构 2 性能参数 3 特点与应用 光电倍增管的工作原理 光电倍增管是一种真空光电器件(真空管)它具有光电转换并具有放大作用的器件。它的工作原理是建立在: 1 光电效应(光电发射) 2 二次电子发射 3 电子光学理论基础 它的工作过程是:光子通过光窗入射到光电阴极上产生光电子,光电子通过电子光学输入系统进入倍增系统,电子得到倍增,最后阳极把电子收集起来,形成阳极电流或电压 1 光电效应 在光线作用下能使电子从物体表面逸出的称外光电效应或者光电发射 。 对于光电发射(外光电效应)它是遵从以下二个基本定律: ▲ 斯托夫定律 当入射光的频谱成份不变时(同一波长的单色光或者相同频谱的光线),光电阴极的饱和光电发射电流IK与被阴极吸收的入射光的光通量φ成正比: SK是表征光电发射灵敏度的系数(光电阴极的光照灵敏度)。 从这一定律出发只要测出光电发射的阴极的电流IK,又知道入射到光阴极的光通量φ,就能求出光电阴极光照灵敏度。 ▲ 爱因坦定律 它阐明了发射光电子的最大动能E与入射光频率ν(或波长λ)和光电发射材料逸出功(W)之间的关系。发射光电子最大动能与光的强度无关,随入射光频率的提高而线性增加,即: 从以上的理论出发可以得出存在一个临界波长。当光波波长等于这临界波长时,光电子刚刚能从阴极逸出。这个波长通常称为“红限波长”(λ0)。很明显,在红限时,光电子的初速应该为零,因此: 2 二次电子发射的基本原理 当足够能量的电子轰击固体表面时,就有一定数量的电子从固体表面发射出来。如图所示。 二次发射过程可以分为三个阶段: (1) 入射电子与发射体中的电子相互作用,一部分电子被激发到较高能级; (2) 一部分受激电子向发射体-真空界面运动; (3) 到达表面的电子中,能量大于表面势垒的那些电子发射到真空中 我们称入射的电子为一次电子,发射的电子为二次电子。二次电子发射系数定义为发射的二次电子数NS和入射的一次电子数Ne之比: 光电倍增管结构如图所示。 一个光电倍增管可以分为几个部分: (1)入射光窗、 (2)光电阴极、 (3)电子光学输入系统、 (4)二次倍增系统、 (5)阳极。 入 射 光 窗 入射光窗是让光通过的部分。是由具有一定形状、不同透过率的玻璃材料组成。 端窗光电倍增管的光窗形状根据要求有各种形式: 让光通过的光窗(窗材料)一般有: ▲ 硼硅玻璃(300nm) ▲ 透紫玻璃(185nm) ▲ 合成(熔融)石(160nm) ▲ 蓝宝石(Al2O3)—150nm ▲ MgF2(115nm) 光电倍增管光谱短波阈由入射 光窗决定。 光 电 阴 极 光电阴极是接收光子而放出光电子的电极。一般分为半透明(入射光和光电子同一方问)的端面或四面窗阴极和不透明(入射光的方向与光电子方向相反)。见图(2)电子轨迹图。 (1) 单碱 Sb-Cs 特点是: 阴极电阻低,允许强光下有大电流流过阴极的场合下工作) ( 2) 双碱(Sb-RbCs、Sb-K-Cs) 特点是: 灵敏度较高 暗电流小-热电子发射小) (3) 高温双碱(Sb-K-Na) 特点是: 耐高温-200℃ (4) 多碱(Sb-K-Na-Cs). 特点是: 宽光谱 灵敏度高 (5) Ag-O-Cs多碱 特点是: 光谱可到近红外、灵敏度低 (6) GaAs(Cs) 特点是: 高灵敏 光谱平坦 强光下容易引起灵敏度变坏)。 (7) Cs-I 特点是 日盲,光谱范围是115~200nm,在115nm的短波也有高的灵敏度 (8) Cs-Te 特点是: 日盲、 阴极面透过型和反射型) 光电倍增管光谱短波阈由入射 光窗决定。 (9)

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