光电传感器应用技术王庆有第5章节第1节

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1、第5章光电发射器件5.1光电发射阴极真空光电发射器件具有极高的灵敏度、快速响应等特点，它在微弱辐射的探测和快速弱辐射脉冲信息的捕捉等方面仍具有相当大的应用领地。光电发射阴极是光电发射器件的重要部件，它是吸收光子能量发射光电子的部件。它的性能直接影响着整个光电发射器件的性能，为此，首先讨论用于制造光电阴极的典型光电发射材料。尚辅网http://shangfuwang.com/5.1.1光电发射阴极的主要参数光电发射阴极的主要特性参数为灵敏度、量子效率、光谱响应和暗电流等。1.灵敏度光电发射阴极的灵敏度应包括光谱灵敏度与积分灵敏度两种。11)光谱灵敏度定义在单色（单一

2、波长）辐射作用于光电阴极时，光电阴极输出电流Ik与单色辐射通量φe,λ之比为光电阴极的光谱灵敏度Se,λ。即Se,λ=IK/φe,λ，其量纲为µA/W或A/W。尚辅网http://shangfuwang.com/2)积分灵敏度定义在某波长范围内的积分辐射作用于光电阴极时，光电阴极输出电流Ik与入射辐射通量φe之比为光电阴极的积分灵敏度Se。即，量纲为mA/W或A/W。在可见光波长范围内的“白光”作用于光电阴极时，光电阴极电流Ik与入射光通量φv之比为光电阴极的白光灵敏度Sv。即Sv=，量纲为mA/lm。尚辅网http://shangfuwang.com/2.量子效

3、率定义在单色辐射作用于光电阴极时，光电阴极发射单位时间发射出去的光电子数Ne,λ,与入射的光子数之比为光电阴极的量子效率ηλ（或称量子产额）。即。量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法。它们之间的关系为（5-1）尚辅网http://shangfuwang.com/3.光谱响应光电发射阴极的光谱响应特性用光谱响应特性曲线描述。光电发射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。4.暗电流光电发射阴极中少数处于较高能级的电子在室温下获得了热能产生热电子发射，形成暗电流。光电发射阴极的暗电流与材料的光电发射阈值有关。一般光电发射阴极的暗电流极

4、低，其强度相当于10-16~10-18Acm-2的电流密度。尚辅网http://shangfuwang.com/5.1.2光电阴极材料1.单碱与多碱锑化物光阴极锑铯(Cs3Sb)光电阴极是最常用的，量子效率很高的光电阴极。长波限约为650nm，对红外不灵敏。锑铯阴极的峰值量子效率较高，一般高达20%~30%，比银氧铯光电阴极高30多倍。两种或三种碱金属与锑化合形成多碱锑化物光阴极。其量子效率峰值可高达30%。尚辅网http://shangfuwang.com/2.银氧铯与铋银氧铯光阴极银氧铯(Ag-O-Cs)阴极是最早使用的高效光阴极。它的特点是对近红外辐射灵敏。

5、制作过程是先在真空玻璃壳壁上涂上一层银膜再通入氧气，通过辉光放电使银表面氧化，对于半透明银膜由于基层电阻太高，不能用放电方法而用射频加热法形成氧化银膜，再引入铯蒸汽进行敏化处理，形成Ag-O-Cs薄膜。银氧铯光电阴极的相对光谱响应曲线画从图5-1中可以看出，它有两个峰值，一个在350nm处，一个在800nm处。光谱范围在300nm到1200nm之间。量子效率不高，峰值处约0.5%～1%左右。银氧铯使用温度可达100℃，但暗电流较大，且随温度变化较快。尚辅网http://shangfuwang.com/5.2真空光电管与光电倍增管的工作原理5.2.1真空光电管的原理

6、真空光电管主要由光电阴极和阳极两部分组成，因管内常被抽成真空而称为真空光电管。然而，有时为了使某种性能提高，在管壳内也充入某些低气压惰性气体形成充气型的光电管。无论真空型还是充气型均属于光电发射型器件，称为真空光电管或简称为光电管。其工作原理电路如图5-2所示，在阴极和阳极之间加有一定的电压，且阳极为正极，阴极为负极。尚辅网http://shangfuwang.com/1、真空型光电管的工作原理当入射光透过真空型光电管的入射窗照射到光电阴极面上时，光电子就从阴极发射出去，在阴极和阳极之间形成的电场作用下，光电子在极间作加速运动，被高电位的阳极收集，其光电流的大小主

7、要由阴极灵敏度和入射辐射的强度决定。22、充气型光电管的工作原理光照生电子在电场的作用下运动，途中与惰性气体原子碰撞而电离，电离又产生新的电子，它与光电子一起都被阳极收集，形成数倍于真空型光电管的光电流。尚辅网http://shangfuwang.com/5.2.2光电倍增管的原理光电倍增管（Photo-multipletube简称为PMT）是一种真空光电发射器件，它主要由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极等部分组成。如图5-3所示为光电倍增管原理示意图。尚辅网http://shangfuwang.com/5.2.3光电倍增管的结构PMT的入射窗结构2

8、.倍增极结