1、 光电倍增管综述 班 级 1302202学 号 130220226姓 名 赵夏静学院名称 信息与电气工程学院专业名称 测控技术与仪器指导教师 孙正鼐2016 年 6 月 9日摘要光电倍增管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。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基础上，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
2、积大等特点。光电倍增管高灵敏度和低噪声的特点使它在光测量方面获得广泛应用。本文针对光电倍增管的综合能力以及发展市场进行论述。关键词：概述 重要性 性能分析 发展前景目 录1.绪论1.1 光电倍增管的概述- 11.2 光电倍增管的基本结构-11.3 光电倍增管的原理-21.4 光电倍增管的基本特性参数-21.5 光电倍增管的特点-21.6 光电倍增管的应用-22.光电倍增管的重要性-33.光电倍增管的性能分析-34.光电倍增管的发展前景-3结束语-4参考文献-41 绪论1.1 光电倍增管的概述光电倍增管是一种建立在光电效应、二次电子发射和电子光学理论基础上的 ，它把微弱入射光转换成光电子，并获倍
3、增的重要的真空发射器件。1.2 光电倍增管的基本结构入射窗、光电阴极与电子光学系统结构光电倍增管通常有端窗式和侧窗式两种形式：端窗式光通过管壳的端面入射到端面内侧光电阴极面上，通常采用半透明材料的光电阴极，光电阴极材料沉积在入射窗内侧面。一般半透明光电阴极的灵敏度均匀性比反射式阴极要好，而且阴极面可以做成从几十平方毫米到几百平方厘米大小各异的光敏面为使阴极面各处的灵敏度均匀，受光均匀，阴极面常做成半球形状。另外，球面形状的阴极面所发射出的电子经过电子光学系统汇聚到第一倍增极的时间散差最小，因此，光电子能有效地被第一倍增极收集。侧窗式光通过玻璃管壳的侧面入射到安装在管壳内的光电阴极面上，侧窗式光
4、电倍增管的阴极为独立的，且为反射性的，光子入射到光电阴极面上产生的光电子在聚焦电场的作用下汇聚到第一倍增极，因此，它的收集效率接近于 1.倍增极与阳极结构光电倍增管按倍增极结构可分为聚集型与非聚集性两种，所谓倍增极，即二次电子发射极。倍增极发射二次电子的过程与光电发射的过程相似，所不同的是二次发射电子的过程由高能电子的激发材料产生电子发射，而不是光子激发所致。光电倍增管的阳极目前一般采用栅网状阳极。1.3 光电倍增管的原理光电倍增管主要由光入射窗，光电阴极，电子光学系统，二次发射倍增系统及阳极等部分组成。当光子入射到光电阴极面上，只要光子能量高于光电发射阈值，光电阴极就产生电子发射。第一倍增极
5、发射出的电子在高动能电子的作用下，将发射比入射电子数目更多的二次电子，经倍增极放大后的电子被阳极收集，形成阳极电流，在负载电阻上产生压降，从而形成输出电压。1.4 光电倍增管的基本特性参数光谱响应度 放大倍数 暗电流 伏安特性时间特性与频率响应 噪声 光电倍增管的最小可探测功率1.5 光电倍增管的特点灵敏度高，惰性小，响应速度快，频率特性好，线性好，供电电压高，采用玻璃外壳，抗震性差。1.6 光电倍增管的应用由于光电倍增管增益高和响应时间短，又由于它的输出电流和入射光子数成正比，所以它被广泛使用在天体光度测量和天体分光光度测量中。其优点是：测量精度高，可以测量比较暗弱的天体，还可以测量天体光度
6、的快速变化。天文测光中，应用较多的是锑铯光阴极的倍增管,如 RCA1P21。这种光电倍增管的极大量子效率在4200 埃附近，为 20%左右。还有一种双碱光阴极的光电倍增管,如GDB-53。它的信噪比的数值较 RCA1P21 大一个数量级，暗流很低。为了观测近红外区，常用多碱光阴极和砷化镓阴极的光电倍增管，后者量子效率最大可达 50%。普通光电倍增管一次只能测量一个信息，即通道数为 1。矩阵。由于通道数受阳极末端细金属丝的限制，只做到上百个通道。2 光电倍增管的重要性电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有
7、电压用来加速电子。光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子。如此电子数不断倍增，阳极最后收集到的电子可增加 104108 倍，这使光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。光电倍增管高灵敏度和低噪声的特点使它在光测量方面获得广泛应用。3 光电倍增管的性能分析相对于其他类型的光电转换器件, 光电倍增管有如下性能特点:高增益光电倍增管的增益很高, 一般可以达到 105 108 , 而通常的雪崩光电二极管的增益只有几十到 100 左右。高灵敏度光电倍增管具有很高的灵敏度
8、, 可以探测非常微弱的光信号, 甚至仅有 10-18 10-17 w 的单光子信号。特别是近年来所开发的具有不透明多碱光电阴极的侧窗管 R1477 , 其光照灵敏度已经高达375A/lm , 堪称目前世界上不透明多碱光电阴极的最高水平。 超低噪声光电倍增管在完全黑暗的环境下仍有微小的电流输出。这个微小的电流叫做阳极暗电流, 电探测器的噪声与阳极暗电流的平方根成正比。但光电倍增管的阳极暗电流只有几纳安, 仅为一般硅光电二极管的几百分之一。 大光敏区面积光电倍增管的光敏面积可以做得很大, 通常直径从几毫米到 100 毫米以上, 适用于不同的场合。 具有特种功能、特种结构随着科技的发展, 许多特种功
9、能和特种结构的光电倍增管应运而生, 如耐高温光电倍增管、耐高压光电倍增、耐磁光电倍增管、耐震光电倍增管等等。光电倍增管的结构变化主要体现在光电倍增极结构的变化。表 1 所示是不同结构的光电倍增系统及其性能比较。4 光电倍增管的发展前景自 3 0 年代第一只光电倍增管问世至今, 它作为非常有效的弱光探测器件已有 50 多年的发展历史, 经历了光度测量、闪烁计数、时间测量等几个发展阶段以后, 自 70 年代始至现在, 其间的发展非常迅速, 进人最富有意义的蓬勃发展的新阶段。在这一阶段中, 光电倍增管在如下三方面取得明显进展: 一是基础工艺不断改进、基础设施不断完善; 二是光电倍增管的性能参数不断提
10、高; 三是许多特种功能和特种结构的光电倍增管在这一阶段应运而生。综上所述, 纵观光电倍增管 50 多年的发展历史, 近年来它在上述 3 个方向、13 个方面的发展尤为明显。展望未来, 光电倍增管必将随着整个科学技术的发展, 在不断加强基础工艺、基础设施的研究基础上, 除继续在适应特殊功能、设计特殊结构、提高常规管型的技术性能上开拓新品外, 快速管仍是今后的主要发展方向, 而微通道板光电倍增管若能克服其暗电流大、线性差、寿命短等缺点, 无疑将是今后重点发展的对象。结束语光电倍增管作为一种较早发展起来的真空光电探测器件,在近年来的技术进步和产业竞争中,始终占领着军民市场的一席之地,同时其自身的技术发展也十分显著,据此认为,光电倍增管作为多种精密测量仪器的核心器件,其对规模庞大的光电仪器仪表产业的重要支撑和推动作用仍将继续下去。参考文献光电检测技术（第 2 版）陈正杰,徐正卜. 光电倍增管M . 北京: 原子能出版社, 1988.
