煙臺東方分析儀器有限公司
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聯(lián)系我時(shí)，請告知來(lái)自 紡織服裝機械網(wǎng)是將微弱光信號轉換成電信號的真空電子器件。光電倍增管用在光學(xué)測量?jì)x器和光譜分析儀器中。它能在低能級光度學(xué)和光譜學(xué)方面測量波長(cháng)200~1200納米的極微弱輻射功率。閃爍計數器的出現，擴大了光電倍增管的應用范圍。激光檢測儀器的發(fā)展與采用光電倍增管作為有效接收器密切有關(guān)。電視電影的發(fā)射和圖象傳送也離不開(kāi)光電倍增管。光電倍增管廣泛地應用在冶金、電子、機械、化工、地質(zhì)、醫療、核工業(yè)、天文和宇宙空間研究等領(lǐng)域。
原理
光電倍增管建立在外光電效應、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)理論基礎上，結合了高增益、低噪聲、高頻率響應和大信號接收區等特征，是一種具有靈敏度和超快時(shí)間響應的光敏電真空器件，可以工作在紫外、可見(jiàn)和近紅外區的光譜區。日盲紫外光電倍增管對日盲紫外區以外的可見(jiàn)光、近紫外等光譜輻射不靈敏，具有噪聲低（暗電流小于1nA）、響應快、接收面積大等特點(diǎn) 。
光電倍增管示意圖
過(guò)程
當光照射到光陰極時(shí)，光陰極向真空中激發(fā)出光電子。這些光電子按聚焦極電場(chǎng)進(jìn)入倍增系統，并通過(guò)進(jìn)一步的二次發(fā)射得到的倍增放大。然后把放大后的電子用陽(yáng)極收集作為信號輸出。因為采用了二次發(fā)射倍增系統，所以光電倍增管在探測紫外、可見(jiàn)和近紅外區的輻射能量的光電探測器中，具有的靈敏度和極低的噪聲。另外，光電倍增管還具有響應快速、成本低、陰極面積大等優(yōu)點(diǎn)。
基于外光電效應和二次電子發(fā)射效應的電子真空器件。它利用二次電子發(fā)射使逸出的光電子倍增，獲得遠高于光電管的靈敏度，能測量微弱的光信號。光電倍增管包括陰極室和由若干打拿極組成的二次發(fā)射倍增系統兩部分（見(jiàn)圖）。陰極室的結構與光陰極K的尺寸和形狀有關(guān),它的作用是把陰極在光照下由外光電效應（見(jiàn)光電式傳感器）產(chǎn)生的電子聚焦在面積比光陰極小的打拿極D1的表面上。二次發(fā)射倍增系統是最復雜的部分。打拿極主要由那些能在較小入射電子能量下有較高的靈敏度和二次發(fā)射系數的材料制成。常用的打拿極材料有銻化銫、氧化的銀鎂合金和氧化的銅鈹合金等。打拿極的形狀應有利于將前一級發(fā)射的電子收集到下一極。在各打拿極 D1、D2、D3…和陽(yáng)極A上依次加有逐漸增高的正電壓,而且相鄰兩極之間的電壓差應使二次發(fā)射系數大于1。這樣,光陰極發(fā)射的電子在D1電場(chǎng)的作用下以高速射向打拿極D1,產(chǎn)生更多的二次發(fā)射電子,于是這些電子又在D2電場(chǎng)的作用下向D2飛去。如此繼續下去，每個(gè)光電子將激發(fā)成倍增加的二次發(fā)射電子，最后被陽(yáng)極收集。電子倍增系統有聚焦型和非聚焦型兩類(lèi)。聚焦型的打拿極把來(lái)自前一級的電子經(jīng)倍增后聚焦到下一級去，兩極之間可能發(fā)生電子束軌跡的交叉。非聚焦型又分為圓環(huán)瓦片式（即鼠籠式）、直線(xiàn)瓦片式、盒柵式和百葉窗式。
光電倍增管是依據光電子發(fā)射、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)的原理制成的、透明真空殼體內裝有特殊電極的器件。光陰極在光子作用下發(fā)射電子，這些電子被外電場(chǎng)(或磁場(chǎng))加速，聚焦于次極。這些沖擊次極的電子能使次極釋放更多的電子，它們再被聚焦在第二次極。這樣，一般經(jīng)十次以上倍增,放大倍數可達到108～1010。最后,在高電位的陽(yáng)極收集到放大了的光電流。輸出電流和入射光子數成正比。整個(gè)過(guò)程時(shí)間約 10-8秒。還有一種利用彎曲鉛玻璃管自身內部的二次電子發(fā)射構成小巧的倍增管。光電倍增管在全暗條件下，加工作電壓時(shí)也會(huì )輸出微弱電流，稱(chēng)為暗流。它主要來(lái)源于陰極熱電子發(fā)射。光電倍增管有兩個(gè)缺點(diǎn)：①靈敏度因強光照射或因照射時(shí)間過(guò)長(cháng)而降低，停止照射后又部分地恢復，這種現象稱(chēng)為“疲乏"；②光陰極表面各點(diǎn)靈敏度不均勻。
光電倍增管倍增方式又分打拿極和MCP兩種。
打拿極型光電倍增管由光陰極、倍增級和陽(yáng)極等組成，由玻璃封裝，內部高真空，其倍增級又由一系列倍增極組成，每個(gè)倍增極工作在前級更高的電壓下。打拿極型光電倍增管接收光方式分端窗和側窗兩種。
打拿極型光電倍增管的工作原理：光子撞擊光陰極材料，克服了光陰極的功函數后產(chǎn)生光電子，經(jīng)電場(chǎng)加速聚焦后，帶著(zhù)更高的能量撞擊級倍增管，發(fā)射更多的低能量的電子，這些電子依次被加速向下級倍增極撞擊，導致一系列的幾何級倍增，最后電子到達陽(yáng)極，電荷累計形成的尖銳電流脈沖可表征輸入的光子。
MCP型光電倍增管均為端窗光電倍增管，適于受照面積大的應用。典型MCP光電倍增管的組成包括入光窗、光陰極、電子倍增極和電子收集極（陽(yáng)極）等。
1.穩定性
光電倍增管的穩定性是由器件本身特性、工作狀態(tài)和環(huán)境條件等多種因素決定的。管子在工作過(guò)程中輸出不穩定的情況很多，主要有：
a.管內電極焊接不良、結構松動(dòng)、陰極彈片接觸不良、極間放電、跳火等引起的跳躍性不穩現象，信號忽大忽小。
b.陽(yáng)極輸出電流太大產(chǎn)生的連續性和疲勞性的不穩定現象。
c.環(huán)境條件對穩定性的影響。環(huán)境溫度升高，管子靈敏度下降。
d.潮濕環(huán)境造成引腳之間漏電，引起暗電流增大和不穩。
e.環(huán)境電磁場(chǎng)干擾引起工作不穩。
2.極限工作電壓
極限工作電壓是指管子所允許施加的電壓上限。高于此電壓，管子產(chǎn)生放電甚至擊穿。
由于光電倍增管增益高和響應時(shí)間短，又由于它的輸出電流和入射光子數成正比，所以它被廣泛使用在天體光度測量和天體分光光度測量中。其優(yōu)點(diǎn)是：測量精度高，可以測量比較暗弱的天體，還可以測量天體光度的快速變化。天文測光中，應用較多的是銻銫光陰極的倍增管,如RCA1P21。這種光電倍增管的極大量子效率在4200埃附近，為20%左右。還有一種雙堿光陰極的光電倍增管,如GDB-53。它的信噪比的數值較RCA1P21大一個(gè)數量級，暗流很低。為了觀(guān)測近紅外區，常用多堿光陰極和砷化鎵陰極的光電倍增管，后者量子大可達50%。
普通光電倍增管一次只能測量一個(gè)信息，即通道數為1。矩陣。由于通道數受陽(yáng)極末端細金屬絲的限制，只做到上百個(gè)通道。
光電倍增管可分成4個(gè)主要部分，分別是：光電陰極、電子光學(xué)輸入系統、電子倍增系統、陽(yáng)極。
電倍增管是進(jìn)一步提高光電管靈敏度的光電轉換器件。管內除光電陰極和陽(yáng)極外，兩極間還放置多個(gè)瓦形倍增電極。使用時(shí)相鄰兩倍增電極間均加有電壓用來(lái)加速電子。光電陰極受光照后釋放出光電子，在電場(chǎng)作用下射向倍增電極，引起電子的二次發(fā)射，激發(fā)出更多的電子，然后在電場(chǎng)作用下飛向下一個(gè)倍增電極，又激發(fā)出更多的電子。如此電子數不斷倍增，陽(yáng)極最后收集到的電子可增加 10^4～10^8倍，這使光電倍增管的靈敏度比普通光電管要高得多，可用來(lái)檢測微弱光信號。光電倍增管高靈敏度和低噪聲的特點(diǎn)使它在光測量方面獲得廣泛應用。
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