光电技术实验讲义-光电探测部分.pdf

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1、光电技术实验讲义--光电探测部分目录实验a光电倍增管的静态和时间特性的测试…………………………（2）实验b光电探测器响应时间的测试……………………………………（9）1验a光电倍增管的静态和时间特性的测试光电倍增管是一种基于外光电效应(光电发射效应)的器件，由于其内部具有电子倍增系统，所以具有很高的电流增益，从而能够检测到极微弱的光辐射。光电倍增管的另一大优点是响应速度很快，因此其时间特性的描述和测量都与其它光电器件有所不同。此外，光电倍增管的光电线性好，动态范围大，因而被广泛应用于各种精密测量仪器和装备中。由于光电发射需要一定的光子能量，所以大多数光电倍增管工作在紫外和可见光波段，目前在近红

2、外波段也有应用。由于使用面广，现已有多种结构、多种特性的管子可供选择。一、实验目的（1）熟悉光电倍增管的静态特性和时间特性，掌握光电倍增管的正确使用方法。（2）学习光电倍增管的基本特性测量方法。二、实验内容（1）测量光电倍增管静态特性参数；（2）测量光电倍增管时间特性参数。三、基本原理1.光电倍增营的主要特性和参数光电倍增管的特性参数，有灵敏度、电流增益、光电特性、阳极特性、暗电流等效噪声功率和时间特性等。下面介绍本实验涉及到的特性和参数。（1）灵敏度灵敏度是标志光电倍增管将光辐射信号转换成电信号能力的一个参数，一般指积分灵敏度，即白光灵敏度，单位取μA/lm。通常，光电倍增管的使用说明书中

3、都分别给出了它的阴极灵敏度和阳极灵敏度，有时还需要标出阴极的蓝光、红光或红外灵敏度。①阴极灵敏度Sk阴极灵敏度Sk是指光电阴极本身的积分灵敏度。测量时光电阴极为一极，其它各电极连在一起为另一极,在其间加上100～300V电压，如图1－1所示。照在阴极上的光通量通常选在10-9～10-2lm的数量级，因为光通量过小会由于漏电流的影响而使光电流的测量准确度下降，而光通量过大也会引起测量误差。②阳极灵敏度SA阳极灵敏度SA是指光电倍增管在一定工作电压下阳极输出电流与照在阴极面上光通量的比值。它是一个经过倍增以后的整管参数，在测量时为保证光电倍增管处于正常的线性工作状态，光通量要取得比测阴极灵敏度时

4、小，一般在10-10～10-5lm的数量级。KAD1D3Dn-2Dn-1Dn-VHG图1-1阴极灵敏度测试原理图因为倍增极材料的δ值是所加电压的函数，所以光电倍增管的阳极灵敏度与整管工作电压有关。在使用时，往往标出在指定的阳极灵敏度下所需的整管工作电压。（2）放大倍数（电流增益）在一定的工作电压下，光电倍增管的阳极信号电流和阴极信号电流的比值称为该管的放大倍数或电流增益，以符号G表示，则G＝IA／IK（1-1）2式中IA为阳极信号电流；IK为阴极信号电流。放大倍数G主要取决于系统的倍增能力，因比它也是工作电压的函数。上述的阳极灵敏度就包含了放大倍数的贡献，于是放大倍数也可由在一定工作电压下阳

5、极灵敏度和阴极灵敏度的比值来确定，即G＝SA／SK（1－2）（3）阳极伏安特性当光通量Φ一定时，光电倍增管阳极电流IA和阳极与阴极间的总电VH之间的关系为阳极伏安特性，如图1－2所示。因为光电倍增管的增益G与二次倍增极电压E之间的关系为G＝（bE）n其中n为倍增极数b为与倍增极材料有关的常数。所以阳极电流IA随总电压增加而急剧上升，使用管子时应注意阳极电压的选择。另外由阳极伏安特性可求增益G的数值。（4）暗电流当充电倍增管完全与光照隔绝，在加上工作电压后阳极仍有电流输出，其输出电流的直流成份称为该管的暗电流，光电倍增管的最小可测光通量就取决于这个暗电流的大小。引起暗电流的主要因素有；欧姆漏电

6、、热电子发射、反馈效应（离子反馈和光反馈）、场致发射、放射性同位素的核辐射及宇宙射线的切仑可夫辐射。图1－3示出了931－A型光电倍增管的暗电流各分量与极问电压的关系。在50V／级以下的低电压下，暗电流实际上全部为电极问的欧姆漏电流。当电压升到100－110V／级，即在光电倍增管的正常工作范围内暗电流的主要成份是光电阴极和前级倍增极的热发射电流。电压继续升高时就出现了离子反馈、光反馈甚至场致发射等造成不稳定状态，这也就是使用电压的极限值。410-7暗电流/A3IA2Ф1>Ф2>Ф310-8Ф1Ф2Ф10-91310-10020406080100120140VH极间电压/V图1-2典型阳极特性

7、曲线图1-3931-A型光电倍增管的暗电流分量与极间电流的关系1—经过放大后的热发射电流；2—漏电流；3—暗电流的总和；4—不稳定状态的区域由于光电倍增管的暗电流是工作电压的函数，所以在给出某管的暗电流时，必须说明是在达到某一给定的阳极灵敏度所需的多大工作电压下测得的。（5）时间特性光电倍增管的渡越时间定义为光电子从光电阴极发射经过倍增极上阳极的时间。由于电子在倍增过程的统计性质以及电子的初速效应和轨道效应，