光电转化器件光阴极量子效率测量研究-论文.pdf

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1、第37卷第9期核技术Vo1．37，No．92014年9月NUCLEARTECHNIQUESSeptember2014光电转化器件光阴极量子效率测量研究夏经铠1,2,3钱森，王文文1,2,4宁哲，程雅苹1,2,3王贻芳，江晓山，王铮，李小男，祁鸣4衡月昆，刘术林，1(核探测与核电子学国家重点实验室北京100049)2(中国科学院高能物理研究所北京100049)3(中国科学院大学北京100049)4(南京大学南京210093)摘要光电器件(光电倍增管、光电二极管、太阳能电池等)的应用研究日益广泛，对其性能的测试要求也越来越高，

2、尤其是对其核心部件光阴极光电转化量子效率(Quantumeficiency，QE)的测试和标定。通过建立的光阴极性能测试系统，开展了对各种型号光电器件阴极的测试研究。测试研究内容包括对光阴极在特定波长下QE的绝对测量和相对测量、对光阴极频谱响应特性的测量以及对光阴极面均匀性的扫描测试。目前对多种不同型号的光电二极管(Photodiode，PD)和光电倍增管(Photomultipliertube，PMT)光阴极QE的测试结果显示，无论采用绝对测量或相对测量，其结果均与已有第三方标定结果一致；同时，搭建的二维扫描测试平台实现

3、了对平面型光阴极均匀性的快速准确测试。关键词光电转化器件，光阴极，量子效率测量中图分类号TL813DOI：10．11889／i_0253—3219．2014．his．37．090401光电探测器是将输入光信号转换成输出电信号式中，h是普朗克常数；c是光在真空中的速度；的探测器件，因其具有高探测效率及快时间响应等是入射光的波长；e是电子所带电量。优点而广泛应用于各种探测及成像领域。光电倍增光阴极光电转换效率的高低通常用QE表示，管、光电二极管等典型光电探测器大量运用于核物它是决定整个光电探测器探测效率的关键因素。在理及粒子物

4、理实验中。光电探测器中，实现光电转实际应用研究中，对光阴极量子效率的准确测试非换功能的核心部件是光阴极。光阴极工作所依据的常重要。如在高能物理领域的中微子观测中，通常原理是光电效应，即光阴极材料吸收入射光子能量要求所使用光电倍增管对来自液体闪烁体或水契伦并传递给价带电子，使其激发跃迁成为自由电子，柯夫效应的光具有20％以上的量子效率L2J。因此在形成电信号。实验建设阶段需要对准备使用的光电倍增管进行量光阴极的探测灵敏度表示其将入射光信号转换子效率测试，筛选出合格的产品。此外在光阴极技为可输出电信号的能力，与入射光的波长相关

5、，通术研究领域，对量子效率的准确测量能够为光阴极常用辐射灵敏度^5r或量子效率(Quantumeficiency，的研制提供重要依据。QE)来表示。尽管不同的行业采用不同的定义，但本文建立的光电倍增管性能测试实验室包括一两者对光阴极光电转化的表征是一致的。在特定波套准确可靠的光阴极量子效率测试系统。利用这套长下，光阴极发射的光电流与入射光强的比值定义测试系统对多种不同型号的光电探测器件的光阴极为辐射灵敏度(A／W1：光阴极发射的光电子数与入性能进行测试。射光子数的比值则定义为量子效率。两者间换算关系如式f1)所示【】J：1

6、实验测试系统本实验室建立了一套功能全面、操作自动化和QE(2、)()×h×c=(1)可远程控制获取的光阴极测试系统。测试系统的结×e构分为三层：第一层位于避光良好的暗室内，主要国家自然基金面上项目(GrantNo．10775181)、中国科学院仪器设备专项资金资助第一作者：夏经铠，男，1990年出生，2011年毕业于北京航空航天大学，现为中国科学院高能物理研究所博士研究生，核技术及应用专业通讯作者：钱森，E-mail：qians@ihep．ac．cn收稿日期：2o14—05．16，修回日期：2o14．06—23核技术201

7、4，37(9)：090401包括待测光电探测器，不同种类的光源及实验平台；2光阴极性能研究测试结果第二层是用于控制和测量的各种硬件设备，如脉冲2．1光阴极光电流坪曲线测试发生器、皮安表和功率计等；第三层是运行于计算机上的远程控制和数据获取软件，计算机操作系统光阴极光电转化效率的测定主要是通过监测其为Windows7，软件采用LabVlEw编程，通过在特定入射光下产生的光电流。该光电流在测量量RS232、GPIB及Ethernet等通信总线与第二层的硬子效率的实验条件下为几纳安培到几十纳安培，实件设备进行交互，控制实验的进行

8、并存取测量数据。验中使用可精确到0．1nA的微小电流计测量得到。实验中使用了不同种类的光源，包括便于移动在测试中，无论是对样管的静态测试还是在样管制和安装的410am激光二极管，可提供300—800nm备平台上的动态测试，对入射光源的强度要进行合波段光的单色仪，功率可调的OPO激光器(波长理的调节，如图